EES南农崔瑾：NMT发现BcHIPP16促拟南芥根吸Cd2+ 为培育低Cd积累作物提供潜在解决方案-聚看点

基本信息

主题：NMT发现BcHIPP16促拟南芥根吸Cd²⁺为培育低Cd积累作物提供潜在解决方案

【资料图】

期刊：Ecotoxicology and Environmental Safety

影响因子：7.129

研究使用平台：NMT重金属胁迫创新平台

标题：Plasma membrane-localized protein BcHIPP16 promotes the uptake of copper and cadmium in planta

作者：南京农业大学崔瑾，牛梦洋

获奖情况：该成果获得2022年度“中关村优秀NMT成果奖”二等奖

检测离子/分子指标

Cd²⁺

检测样品

拟南芥根伸长区、成熟区

中文摘要

镉（Cd）是土壤中的有毒重金属之一，它不仅抑制作物生产，而且威胁人类健康。本研究旨在阐明Cd相关基因BcHIPP16的生物学功能，为降低小白菜Cd水平提供潜在的遗传解决方案。组织表达分析表明，BcHIPP16在几乎所有的植物体内都有表达。根中BcHIPP16转录水平高于地上部，铜（Cu）缺乏和镉胁迫显著诱导了该基因的表达。亚细胞定位显示BcHIPP16定位于质膜。在酵母细胞中表达BcHIPP16提高了对Cu和Cd的敏感性，并增加了它们在酵母中的积累。此外，在野生型（WT）和hip16突变体中表达BcHIPP16时，拟南芥幼苗的Cu和Cd含量提高/恢复。采用非损伤检测技术（NMT）对转入BcHIPP16的转基因拟南芥株系根表面Cd²⁺流速进行了实时检测，结果表明BcHIPP16促进了Cd²⁺内流进入拟南芥根细胞。综上所述，本研究表明，BcHIPP16有助于植物吸收营养金属Cu和重金属Cd。

离子/分子流实验处理方法

7日转基因拟南芥幼苗，5μM CdCl₂处理

离子/分子流实验结果

为了进一步探讨BcHIPP16对植物吸收Cd²⁺的影响，本研究测定了转基因拟南芥的根部Cd²⁺的流速。从图中可以看出，OEBcHIPP16-L1的根伸长区和成熟区Cd²⁺流速都是最高的，野生型和comBcHIPP16-L1之间Cd²⁺流速没有显著差异，而hip16-突变体的Cd²⁺流速最低。然后计算伸长区和成熟区10 min内的平均Cd²⁺流速，结果表明，OEBcHIPP16-L1伸长区和成熟区Cd²⁺速率分别为18.5和8.37 pico mole cm^-2·s^-1；ComBcHIPP16-L1伸长区和成熟区Cd²⁺的平均流速分别为14.9和5.92 pico mole cm^-2·s^-1，与野生型相比差异不大。hip16突变体伸长区和成熟区Cd²⁺的流速分别为11.6和2.4 pico mole cm^-2·s^-1。结果表明，BcHIPP16参与根系对Cd的吸收，从而增加Cd在根系中的积累。

图1. 转基因拟南芥株系根表Cd²⁺流速测定。负值代表Cd²⁺吸收。

其他实验结果

BcHIPP16增加了酵母细胞对Cd和Cu的敏感性

Cd和Cu增加植物中BcHIPP16的表达水平

亚细胞定位显示BcHIPP16定位于质膜

在拟南芥中表达BcHIPP16可增加Cd和Cu的积累

结论

本文研究了BcHIPP16促进植物吸收铜（Cu）和镉（Cd）的生物学功能。如图2所示，在Cu缺乏和Cd暴露条件下，BcHIPP16的表达被激活。在拟南芥中表达BcHIPP16可以增加Cd和Cu的积累。研究认为，质膜定位蛋白BcHIPP16促进了植物对Cu和Cd的吸收。BcHIPP16在Cu和Cd吸收中的作用可能与其他转运蛋白相互作用有关，但仍需进一步研究。这些发现不仅丰富了我们对小白菜Cd分子调控网络的认识，而且为培育低Cd积累作物提供了潜在的解决方案。

图2.BcHIPP16 促进小白菜幼苗Cu和Cd吸收的模型

测试液

0.005mM CdCl₂, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 5.8

NMT仪器信息

文章原文：https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112920

供稿：牛梦洋

编辑：叶斌，刘兆义

关键词：小白菜；金属伴侣；BcHIPP16；铜；镉；植物类

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