练兴明教授课题组揭示水稻中铜运输和分配的机制-华中农业大学生命科学技术学院

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练兴明教授课题组揭示水稻中铜运输和分配的机制
时间:2018-07-16

铜(Cu)是植物生长必需的微量营养元素之一。Cu在植物光合及呼吸电子传递、细胞壁重塑、氧化应激反应和乙烯感知等生物过程中发挥着关键作用。植物体内的Cu缺失及过量均不利于植物的正常发育,因此对植物体中Cu的吸收及分布的调控至关重要。研究表明,Cu被根吸收后会被隔离到液泡中或易位到芽中,然后重新分配到不同的器官和组织。植物体本身已经进化出复杂的Cu稳态调节网络,如Cu伴侣蛋白可以介导细胞内Cu运输到特定的Cu蛋白和各种细胞器中。之前的研究表明,ATX1(Antioxidant Protein1)可以增加植物对过量和略微缺乏的Cu的耐受性,AtATX1的过表达会增强拟南芥对过量Cu的耐受性,但是增加了对严重缺铜的敏感性并抑制生长。然而,目前ATX1在水稻中的功能仍然未知。

近日,华中农业大学练兴明教授课题组在Plant Physiology在线发表了一篇题为OsATX1 Interacts with Heavy Metal P 1B -type ATPases and Affects Copper Transport and Distribution的研究论文,揭示了水稻OsATX1在介导铜的运输和分配中的作用机制。

 

该研究发现,敲除水稻中OsATX1会导致根中Cu浓度增加;而OsATX1过表达则增加了芽和木质部汁液中Cu的积累,以及Cu的根-茎转运。在osatx1突变体中,老叶和鞘中的Cu浓度显著增加,但是在上部组织中的Cu浓度显著降低,表明OsATX1的敲除导致Cu从老叶到幼嫩组织及水稻种子的再移动减少。

该研究通过酵母双杂交和双分子荧光互补试验发现OsATX1与水稻重金属ATP酶(heavy metal ATPases,HMAs)HMA4,HMA5,HMA6和HMA9相互作用,OsATX1可以将Cu传递给OsHMA5,促进从根到芽以及到谷粒的Cu转移和分布,也可以将Cu传递给OsHMA9,在不同的芽组织中重新分布,以维持水稻不同组织中的Cu稳态。此外,该研究还表明OsATX1的异源表达增加了Cu和Cd耐受性并降低了它们在酵母细胞中的浓度。

 

Cu胁迫和缺铜条件下OsATX1转基因株系的表型

总之,该研究发现OsATX1通过与水稻HMAs相互作用,在促进Cu的根-芽转运和从老叶到幼嫩组织及种子中的Cu重新分配中发挥着重要作用。

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