受砷污染的地下水和土壤影响着全球数百万人；如果这种物质进入饮用水和农作物，会导致皮肤损伤、癌症和其他疾病。但是，中华凤尾蕨Pteris vittata天然积累的砷含量足以杀死大多数其他生物——并且不知何故它仍然能够茁壮成长。这种耐受性背后的机制长期以来一直是一个生物化学难题。
现在，普渡大学的植物研究人员乔迪·班克斯和蔡超以及他们的同事已经解释了这是如何发生的。班克斯说，通过将这种蕨类的基因拼接到其他植物中，生物工程师有一天可能会利用其能力来帮助清理受污染的区域。
班克斯注意到，当这种蕨类植物遇到砷时，它的三个基因变得更加活跃。为了测试它们是否是其耐受性的幕后推手，她使用了一种常见的生物技术来“关闭”几个样本中的每个基因——这些样本在暴露于毒素时死亡。然后，她和她的团队使用显微镜追踪这些基因在该物种中编码的蛋白质，重建这些蛋白质如何协同工作，以收集和中和砷，因为砷会穿过植物的叶片。
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其中一种蛋白质 GAPC1 存在于许多生物体中，并利用磷酸盐帮助分解糖类以获取能量。砷酸盐是土壤中发现的砷的形式，它之所以有毒，是因为它会在此过程中取代磷酸盐，从而阻止能量产生。但在蕨类植物中，GAPC1 具有略微不同的结构，使其能够化学结合砷酸盐。另一种名为 OCT4 的蛋白质，由其他基因之一编码，有助于将捕获的砷酸盐跨膜穿梭到细胞内称为囊泡的微小结构中。在囊泡内部，由第三个基因编码的蛋白质 GST 将砷酸盐转化为称为亚砷酸盐的形式。研究人员发现，囊泡将这种化合物转移到植物的某些部位，在那里它安全地积累起来，作为防御饥饿昆虫的手段。他们的研究发表在 5 月份的《当代生物学》杂志上。
2016 年，佛罗里达国际大学的生物化学家巴里·罗森（未参与这项新研究）在一种耐砷细菌铜绿假单胞菌中发现了一种捕获和中和毒素的过程，该过程使用了几乎相同的基因。蕨类植物将亚砷酸盐捕获在专门的细胞中，而细菌则将其泵回环境中。“证明这种非常新颖的机制也适用于植物和细菌，”罗森说，“表明生物体已经进化出一种方法来绕过砷酸盐产生毒性的主要方式。”