Vận chuyển cadmium vào hạt gạo được điều chỉnh bởi protein vận chuyển cation ái lực thấp (OsLCT1)

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 108 Số 52 - Trang 20959-20964 - 2011
Shimpei Uraguchi1,2, Takehiro Kamiya3,4, Takuya Sakamoto4, Koji Kasai3,4, Yutaka Sato5, Yoshiaki Nagamura5, Akiko Yoshida4, Junko Kyozuka4, Satoru Ishikawa6, Toru Fujiwara3,4
1Biotechnology Research Center and Graduate School of Agricultural and Life Sciences, University of Tokyo, Tokyo 113-8657, Japan.
2Graduate School of Agricultural and Life Sciences, University of Tokyo, Tokyo 113-8657, Japan
3Biotechnology Research Center and
4bGraduate School of Agricultural and Life Sciences, University of Tokyo, Tokyo 113-8657, Japan;
5cGenome Resource Unit, National Institute of Agrobiological Sciences, Tsukuba, Ibaraki 305-8602, Japan; and
6dSoil Environment Division, National Institute for Agro-Environmental Sciences, Tsukuba, Ibaraki 305-8604, Japan

Tóm tắt

Sự tích tụ cadmium (Cd) trong hạt gạo ( Oryza sativa L.) gây ra vấn đề sức khỏe tiềm ẩn, đặc biệt là tại châu Á. Hầu hết lượng Cd trong hạt gạo tích tụ chủ yếu thông qua quá trình vận chuyển phloem, nhưng cơ chế phân tử của quá trình vận chuyển này vẫn chưa được tiết lộ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xác định một protein vận chuyển Cd ở gạo, OsLCT1, có vai trò trong việc vận chuyển Cd vào hạt. OsLCT1-GFP được phân bố ở màng tế bào trong các tế bào thực vật và OsLCT1 cho thấy hoạt động thoát Cd trong nấm men. Trong các cây gạo, sự biểu hiện mạnh mẽ của OsLCT1 được quan sát thấy ở lá và các đốt trong giai đoạn sinh sản. Tại đốt trên cùng, OsLCT1 được phát hiện trong các bó mạch lớn và trong các bó mạch phân tán. Việc giảm biểu hiện protein OsLCT1 thông qua RNAi không ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển Cd qua xylem nhưng giảm vận chuyển Cd qua phloem. Các cây gạo bị giảm biểu hiện của OsLCT1 tích tụ khoảng một nửa lượng Cd trong hạt so với các cây đối chứng. Hàm lượng các kim loại khác trong hạt gạo và sự phát triển của cây không bị ảnh hưởng tiêu cực bởi việc ức chế OsLCT1 . Những kết quả này gợi ý rằng OsLCT1 hoạt động tại các đốt trong quá trình vận chuyển Cd vào hạt và rằng ở một giống gạo japonica tiêu chuẩn, việc điều chỉnh OsLCT1 cho phép tạo ra "gạo thấp Cd" mà không gây ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc điểm nông nghiệp. Những phát hiện này xác định một gen vận chuyển cho quá trình vận chuyển Cd qua phloem trong thực vật.

Từ khóa

#cadmium #gạo #OsLCT1 #vận chuyển phloem #protein vận chuyển cation

Tài liệu tham khảo

L Friberg, M Piscator, GF Nordberg, T Kjellstörm Cadmium in the Environment (CRC Press Inc., 2nd Ed, Cleveland, OH, 1974).

N Yamagata, I Shigematsu, Cadmium pollution in perspective. Koshu Eisei In Kenkyu Hokoku 19, 1–27 (1970).

10.1007/BF03208342

10.1007/PL00007934

10.1136/oem.57.10.668

10.1289/ehp.11641

10.1007/s00198-009-1111-y

10.1289/ehp.11452

10.1016/j.taap.2009.04.020

10.1016/S0048-9697(02)00475-8

10.1038/sj.jes.7500554

10.1093/jxb/erp119

10.1080/00380768.2003.10410035

10.1016/S1360-1385(02)02295-1

10.1111/j.1469-8137.2009.02784.x

10.1093/pcp/pcp160

10.1007/s00122-009-1244-6

10.1111/j.1469-8137.2005.01516.x

10.1093/jxb/erp360

10.1073/pnas.1005396107

10.1111/j.1469-8137.2010.03459.x

10.1104/pp.109.151035

10.1111/j.1747-0765.2007.00116.x

10.1105/tpc.108.058628

10.1105/tpc.109.069831

10.1111/j.1747-0765.2010.00514.x

10.1073/pnas.95.20.12043

10.1073/pnas.94.1.42

10.1093/nar/gkq1085

10.1016/j.geoderma.2003.08.006

10.1007/BF02484404

10.1016/S0048-9697(01)00844-0

10.1104/pp.53.1.96

10.1146/annurev.pp.34.060183.002023

10.1073/pnas.94.20.11079

10.1105/tpc.001263

10.1105/tpc.001388

10.1104/pp.124.1.125

10.1111/j.1469-8137.2008.02638.x

10.1016/j.febslet.2004.09.023

10.1105/tpc.020487

10.1038/nature06877

10.1626/jcs.43.389

SY Zee, Transfer cells and vascular tissue distribution in vegetative nodes of rice. Aust J Bot 20, 41–48 (1972).

10.1626/jcs.54.393

10.1021/es9022738

10.1111/j.1365-3040.2009.01935.x

10.1038/nprot.2006.176

10.1007/s00253-009-2402-0

10.1104/pp.104.044503

J Kyozuka, et al., LAX and SPA: Major regulators of shoot branching in rice. Proc Natl Acad Sci USA 94, 11765–11770 (2003).

10.1111/j.1365-313X.2007.03149.x

10.1111/j.1365-313X.2006.02836.x

10.1007/s11104-010-0614-9

Thông tin
Thông tin xuất bản

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

Tập 108 Số 52

20959-20964

Thông tin tác giả