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Nat Plants:中科院生态中心朱永官研究组发表土壤与植物系统砷污染控制研究进展

摘要 : 12月21日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》上在线发表中国科学院生态环境研究中心研究员朱永官领导的团队与德国和美国合作的研究论文,论文介绍了土壤-植物系统砷污染控制研究进展。

 12月21日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》上在线发表中国科学院生态环境研究中心研究员朱永官领导的团队与德国和美国合作的研究论文,论文介绍了土壤-植物系统砷污染控制研究进展。

砷是环境中无处不在的污染物,威胁着世界各地的数以千万计人的身体健康。人体主要通过饮用含砷的水和食用砷污染的食物来摄入砷。对于东南亚以大米为主食的人群,大米食用是人体摄入砷的最主要途径。如何阻控砷进入水稻籽粒是一个控制砷环境健康风险的重点和难点之一。

到目前为止,植物根系是如何吸收砷,以及砷在茎叶中的转运和转化机制已经有较多的研究,但是对于砷是如何进入植物种子、并在种子中积累的相关机制却仍不清楚。已有的研究表明韧皮部是植物籽粒中砷积累的主要途径。但由于韧皮部装载机制比较复杂,研究比较困难,目前国内外没有相关研究的报道。研究团以模式植物拟南芥为研究对象,证明肌醇通道是植物韧皮部砷装载的主要通道。拟南芥有3个肌醇通道基因,其中AtINT2和AtINT4主要在韧皮部的伴胞细胞膜上表达。当他们将这两个基因分别表达在酵母和蛙卵中,均能显著增加酵母和蛙卵中砷的积累,并显著降低酵母菌对砷的耐性。AtINT2或AtINT4突变能使植物韧皮部和荚果中的砷浓度显著降低,特别是种子中的砷浓度能减少约一半,但对木质部中砷浓度没有显著影响。这些结果清楚地表明肌醇通道能装载砷到韧皮部,是调控拟南芥籽粒中砷积累的关键因子。

该研究填补了植物韧皮部中砷转运机制研究的空白。目前,植物籽粒中砷积累过程得到了比较完整的表征(如下图):木质部将砷转运的植物维管束组织,肌醇通道将维管束组织中的砷转运到韧皮部,并进一步通过韧皮部的筛管系统转运到种子。如果水稻肌醇通道同样是水稻韧皮部中砷的装载门户,那么肌醇通道可作为培育低砷积累水稻新品种的分子标记,这对于降低大米砷积累、控制全球性大米砷污染而造成.

原文链接:

Inositol transporters AtINT2 and AtINT4 regulate arsenic accumulation in Arabidopsis seeds

原文摘要:

Arsenic contamination of groundwater and soils threatens the health of tens of millions of people worldwide. Understanding the way in which arsenic is taken up by crops such as rice, which serve as a significant source of arsenic in the human diet, is therefore important. Membrane transport proteins that catalyse arsenic uptake by roots, and translocation through the xylem to shoots, have been characterized in a number of plants, including rice. The transporters responsible for loading arsenic from the xylem into the phloem and on into the seeds, however, are yet to be identified. Here, we show that transporters responsible for inositol uptake in the phloem in Arabidopsis also transport arsenic. Transformation ofSaccharomyces cerevisiae with AtINT2 or AtINT4 led to increased arsenic accumulation and increased sensitivity to arsenite. expression of AtINT2 inXenopus laevis oocytes also induced arsenite import. Disruption of AtINT2 orAtINT4 in Arabidopsis thaliana led to a reduction in phloem, silique and seed arsenic concentrations in plants fed with arsenite through the roots, relative to wild-type plants. These plants also exhibited a large dro in silique and seed arsenic concentrations when fed with arsenite through the leaves. We conclude that in Arabidopsis, inositol transporters are responsible for arsenite loading into the phloem, the key source of arsenic in seeds.

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