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Nat Plants :科学家揭开植物籽粒砷积累之谜

摘要 : 在2015年12月22日,在《自然—植物》(Nature Plants)杂志刊发了一项由中科院生态中心的研究团队与德国、美国科学家合作的研究成果,该成果证明了肌醇通道是植物韧皮部砷装载的主要通道。这是研究人员首次表征植物籽粒中砷的累积过程。

植物籽粒砷累积过程

在2015年12月22日,在《自然—植物》(Nature Plants)杂志刊发了一项由中科院生态中心的研究团队与德国、美国科学家合作的研究成果,该成果证明了肌醇通道是植物韧皮部砷装载的主要通道。这是研究人员首次表征植物籽粒中砷的累积过程。

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。研究发现,在中国,人体每日砷摄入的60%来自于食用大米。因此,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。而科学家至今并不清楚砷究竟如何进入植物种子,并在种子中积累的相关机制。

朱永官介绍,该研究以模式植物拟南芥为研究对象。“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。”朱永官说。

研究人员将这两个基因分别表达在酵母和蛙卵中时,发现两个基因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。而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。

研究人员认为,上述系列研究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。

在相关领域专家看来,该研究填补了植物韧皮部中砷转运机制研究的空白。

朱永官表示,该项成果使植物籽粒砷积累过程得到了比较完整的表征: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。

研究人员还对该研究的应用前景进行了展望。“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,将对降低大米砷积累、控制全球性大米砷污染而造成的健康风险发挥积极作用。”朱永官强调。

原文链接:Inositol transporters AtINT2 and AtINT4 regulate arsenic accumulation in Arabidopsisseeds

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.

来源: Nature Plants 浏览次数:0

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