Накопление токсичных металлов, реакции на воздействие и механизмы устойчивости растений

За последние 200 лет выбросы токсичных тяжёлых металлов резко возросли и практически для всех металлов значительно превысили уровни, обусловленные природными источниками. Поглощение и накопление этих веществ сельскохозяйственными растениями — основной путь поступления потенциально опасных для здоровья токсичных металлов в пищевые продукты для человека и животных. Наибольшую обеспокоенность вызывают металлоиды мышьяк (As) и селен (Se), а также металлы кадмий (Cd), ртуть (Hg) и свинец (Pb). В этом обзоре обсуждаются молекулярные механизмы накопления токсичных металлов у растений и водорослей, реакции на воздействие металлов, а также современные представления об устойчивости к металлам и её эволюции. Основное внимание уделено кадмию — наиболее изученному из неэссенциальных токсичных металлов и металлоидов. Молекулярной основой поглощения Cd2+ клетками растений служит его проникновение через транспортеры Zn2+, Fe2+ и Ca2+. О распределении неэссенциальных металлов по тканям и клеточным компартментам известно значительно меньше; также недостаточно изучены гены, определяющие огромные различия между растениями по накоплению кадмия в различных тканях. Во множестве исследований описаны симптомы и реакции растений на воздействие токсичных металлов. Остаются неясными первичные мишени токсического действия, степень специфичности ответов, а также процессы восприятия металлов и передачи сигналов, приводящие к активации транскрипции. По-видимому, все растения обладают базовой устойчивостью к токсичным неэссенциальным металлам. В случае кадмия и мышьяка эта устойчивость в значительной степени зависит от пути синтеза фитохелатинов. Молекулярные основы гиперустойчивости к кадмию у некоторых видов растений, таких как металлофиты Arabidopsis halleri и Thlaspi caerulescens, остаются неясными.