PeNRAMP5的功能表征揭示其在调控植物镉积累方面的潜在作用

《Journal of Hazardous Materials》：Functional Characterization of PeNRAMP5 Implies its Potential Role in Controlling Cadmium Accumulation in Plants

　　

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  鉴定出毛竹中两个重复的PeNRAMP5基因为Cd/Mn转运蛋白。
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  PeNRAMP5呈现非极性根细胞定位，与水稲OsNRAMP5的极性分布不同。
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  在水稻和拟南芥中表达PeNRAMP5促进了根部Cd吸收，但限制了根向地上部的转运，且不影响Mn。
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  PeNRAMP5作为低镉作物安全育种的跨物种遗传资源前景广阔。

章节片段

引言

镉（Cd）污染已成为全球性的重大安全问题。作为一种普遍存在的有毒重金属，Cd不仅威胁植物的正常生长发育，还通过进入食物链对健康构成潜在风险 [1], [2]。由于工业和农业活动的迅速扩张，Cd污染日益严重，尤其是土壤污染 [3], [4], [5]。例如，研究表明许多土壤样本中的Cd浓度已超过中国的国家

植物材料与生长条件

本研究所用植物材料包括野生型水稻（Oryza sativa L. cv. 中花11）、拟南芥（Col-0）和毛竹。转基因材料包括Cd/Mn吸收缺陷型水稻osnramp5突变体和拟南芥atnramp1突变体，以及在这两个突变体背景下表达的PeNRAMP5互补系和拟南芥中的PeNRAMP5过表达系。

玉米泛素（Ubi）启动子驱动水稻中的PeNRAMP5表达。在拟南芥中，CaMV 35S启动子

毛竹中稻NRAMP5类基因的鉴定与表征

基于Swiss-Prot和Pfam功能注释结合转录组FPKM数据 [21]，我们鉴定出毛竹中两个OsNRAMP5同源基因，命名为PeNRAMP5-1（PH02Gene45908）和PeNRAMP5-2（PH02Gene20303）。两个基因均通过PCR从毛竹根cDNA中扩增获得。它们的开放阅读框（ORF）分别为1593和1602?bp，编码分别为531和534个氨基酸的蛋白（图S1A；补充数据1）。两个PeNRAMP5蛋白的氨基酸序列一致性为93%（图

PeNRAMP5是跨物种减轻镉积累的潜在遗传资源之一

许多研究通过操作参与Cd运输的基因来减少植物可食用部分的Cd积累。例如，在水稻中，敲除OsNRAMP1、OsNRAMP5、OsHMA2和OsCD1 [11], [12], [14], [26], [27],或通过OsHMA2或玉米泛素1启动子驱动液泡Cd区隔转运蛋白OsHMA3的表达 [28], [29], [30]，可有效降低稻米中的Cd积累。然而，这些方法也会导致植物中其他元素的紊乱，因为

环境意义

镉（Cd）对所有生物都是危险的重金属，由于在现代工业中的广泛使用，Cd污染日益严重。因此，减少植物中的Cd积累是一个重要问题。我们鉴定出一种来自毛竹的转运蛋白PeNRAMP5，它可减少Cd积累同时恢复植物中的锰吸收。我们认为PeNRAMP5是减少Cd积累的有前景的遗传资源，适用于跨物种应用

未引用参考文献

Ma et al., [44]

资助

本工作得到国家自然科学基金（资助号326）、浙江省自然科学基金（资助号LQ20C160005）、浙江省属高校基本科研业务费（资助号2020KJ002）以及杭州市农业科技合作与创新项目（202209SX13）资助。

CRediT作者贡献声明

Fan Yang和Ji Feng Shao构思并设计了实验。Fan Yang、Wanyu Ni和Jiyao Li进行了研究、分析数据并撰写了初稿。Linzhou Huang构建了转基因水稻互补载体。Ji Feng Shao修改并编辑了手稿，获得了资金支持。所有作者审阅并批准了最终手稿。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本研究中报告的工作。

致谢

感谢冈山县大学植物科学与资源研究所的马建峰教授慷慨提供osnramp5和atnramp1突变体。

Fan Yang|Wanyu Ni|Jinyao Li|Linzhou Huang|Ji Feng Shao