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New Phytologist报道我院雷贵杰组发现首个可创制高锌低镉稻米的优异基因

来源: 澳门精准4肖资源植物研究院/农学院       发布时间:2023-07-01

【人民网】进行同步报道:如何提高稻米中的锌含量 研究有了新发现

 

近日,我院多年生稻团队的雷贵杰组在New Phytologist5YIF = 10.5)发表了题为A vacuolar transporter plays important roles in zinc and cadmium accumulation in rice grain的研究论文,揭示了水稻液泡膜定位的锌转运蛋白OsMTP1在提高稻米Zn含量、降低稻米Cd含量中的功能。

锌(Zn)是生物必需的微量营养元素,缺锌危害世界约17%人口的健康,Zn被认为是一种隐性饥饿元素。水稻是世界一半以上人口的主食,但稻米Zn含量普遍偏低,不能提供维持人体健康所需的足够的Zn,主要是因为全球约50%的稻田土壤缺锌、糙米约40%Zn在精米加工过程中损失。然而,稻米通常是人体摄入镉(Cd)的重要来源。Cd对于细胞是高度毒性的重金属,会提高人体患肾衰竭、骨质疏松症和癌症等疾病的风险。因此,增加稻米中的锌含量同时减少其镉含量对人类健康至关重要。

CdZn是同族元素,Cd在水稻中部分共享Zn的转运系统。至今尚还未发现可用于提高稻米锌含量,同时降低其镉含量的基因。此外,ZnCd在稻米不同部位特异积累的分子机制尚未清楚。OsMTP1属于阳离子扩散因子(CDF)蛋白家族,该家族主要负责运输金属离子。以往研究表明OsMTP1可能定位于洋葱表皮细胞的质膜、或拟南芥细胞的液泡膜,但其在水稻中的亚细胞定位尚未明确;OsMTP1-RNAi水稻株系的根系积累更多的ZnCd,但叶和种子的ZnCd减少,不同于atmtp1突变体。因此,水稻中OsMTP1的确切功能尚未明确。

1. OsMTP1功能和作用模式图

雷贵杰组通过LA-ICP-MS明确了糙米中的Zn主要沉积于胚和糊粉层(米糠),然后通过RNA-seq筛选获得在胚和糊粉层中高表达的候选转运蛋白基因OsMTP1(图1A)。明确了OsMTP1定位于液泡膜(图1B),OsMTP1在根、糊粉层和胚中高表达(图1AC)。发现了OsMTP1基因突变不影响稻米产量,但osmtp1突变体的根系、胚和糊粉层中的Zn浓度显著降低,同时地上部、糙米(+41%)和精米(+30%)中的Zn浓度大幅升高(图1D)。酵母实验表明OsMTP1运输Zn离子,很可能不运输Cd离子。但osmtp1突变体的秸秆、糙米(-75%)和精米(-63%)的Cd浓度大幅降低(图1D)。另外,单倍型分析还发现了2个优异OsMTP1等位基因与精米高Zn积累显著相关(图1E)。

总之,该研究表明液泡膜定位的OsMTP1能将Zn运输进入液泡,OsMTP1基因敲除导致更多的Zn分配到秸秆、糙米和精米,同时间接抑制Cd向秸秆、糙米和精米分配积累,但没有影响产量(图1F)。OsMTP1是可用于培育高ZnCd稻米的优异基因,对培育稻米矿质元素理性积累、安全营养的水稻品种提供新思路。

我院为论文第一单位,多年生稻团队的雷贵杰研究员为该论文的通讯作者;我院在读博士生宁敏、硕士生刘石佳、长江大学农学院邓锋林教授为共同第一作者;多年生稻团队带头人胡凤益教授、黄立钰副教授、硕士生李虎、中科院南京土壤研究所车景研究员、日本冈山大学Naoki Yamaji副教授参与了该研究。日本冈山大学马建锋教授为该论文提供了重要帮助。该研究得到了云南省科学技术厅、国家自然科学基金委、湖北洪山实验室、澳门精准4肖等单位项目的资助。

该研究得到了人民网云南频道的报道:如何提高稻米中的锌含量 研究有了新发现。

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论文原文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19070

人民网报道链接:http://yn.people.com.cn/n2/2023/0629/c372456-40475426.html