一个钙/阳离子交换体蛋白调控水稻籽粒Cd积累的机制研究
批准号:
32071930
项目类别:
面上项目
资助金额:
52.0 万元
负责人:
郝小花
依托单位:
学科分类:
作物生理学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郝小花
中文摘要
水稻Cd污染危害食品安全,低Cd基因挖掘和种质资源创新为低Cd水稻育种提供基础。但低Cd品种中Cd与微量元素的关系也引起关注,低Cd基因在降Cd的同时影响微量元素积累,产生不利性状,使生产上能应用的基因很少。因此,发掘不影响农艺性状的低Cd基因,研究其机理,具有重要理论和应用价值。申请者前期鉴定了首个参与水稻Cd积累的Ca/阳离子交换蛋白CCX2,发现异源过表达增强酵母对Cd的耐受性;粳稻和籼稻敲除突变体中籽粒Cd含量都明显下降,但其他金属离子不受影响,不影响生长发育和产量;CCX2在水稻茎节中调控Cd/Ca根-茎的转移和节间分配,但其具体的调控机制尚不清楚。在此基础上,本项目拟采用细胞、生化和遗传等技术手段,详细分析CCX2的Cd/Ca转运活性及其生理功能,阐明CCX2调控籽粒低Cd的细胞和分子机制。研究结果将加深对水稻Cd运输和积累机制的理解,为低Cd水稻分子育种提供新的遗传种质资源。
英文摘要
Cadmium pollution of rice endangers food safety. Low Cd gene mining and germplasm resource innovation provide the basis for low Cd rice breeding. However, the relationship between Cd and microelements in low Cd varieties has also attracted attention. The low Cd gene not only reduces Cd, but also affects the accumulation of microelements, resulting in adverse characters, so that few genes can be used in production. Therefore, it is of great theoretical and practical value to explore the low Cd gene which does not affect agronomic characters and study its mechanism. The applicant initially identified the first Ca/cation exchanger CCX2 involved in Cd accumulation in rice. It was found that heterologous overexpression enhanced the tolerance of yeast to Cd. Grain Cd content in japonica rice and indica rice knockout mutant decreased significantly, but other metal ions were not affected, and growth and yield were not affected. CCX2 regulates Cd/Ca root-to-shoot transfer and internode allocation in rice stem node. But its specific regulatory mechanism is not clear. On this basis, the project plans to use cell, biochemical and genetic techniques to analyze the Cd/Ca transport activity and physiological function of CCX2 in detail, and clarify the cell and molecular mechanism of CCX2 regulating low Cd in grains. The results will deepen the understanding of the mechanism of Cd transport and accumulation in rice, and provide new genetic germplasm resources for low Cd rice molecular breeding.
水稻Cd污染危害食品安全,低Cd基因挖掘和种质资源创新为低Cd水稻育种提供基础。发掘不影响农艺性状的低Cd基因,研究其机理,具有重要理论和应用价值。前期鉴定了首个参与水稻Cd积累的Ca/阳离子交换蛋白CCX2,发现异源过表达增强酵母对Cd的耐受性;粳稻和籼稻敲除突变体中籽粒Cd含量都明显下降,但其他金属离子不受影响,不影响生长发育和产量。本研究进一步对osccx2突变体、过表达和野生型在不同Cd胁迫下进行表型观察,发现OsCCX2基因影响水稻对Cd胁迫耐受性。同时对其家族5个成员对非生物胁迫的响应特征进行了分析,发现CCX家族各个成员均对不同的逆境响应,说明可能在水稻非生物胁迫中起着重要作用。利用GUS(ProOsCCX2::GUS)转基因植株,GUS染色、半定量RT-PCR和q-RT-PCR的方法,发现OsCCX2基因在不同时期各部位均有一定的表达,同时其表达受Cd和干旱诱导表达。通过构建OsCCX2-GFP融合蛋白,在拟南芥原生质体细胞中瞬时表达OsCCX2-GFP融合蛋白,发现OsCCX2定位于细胞的质膜和内质网。构建动物单细胞表达体系,利用Ca离子特异荧光探针,对荧光强度的变化进行分析,发现OsCCX2在HEK293T细胞中具有具有不依赖H+/K+的Na+/Ca2+转运活性。通过NMT和激光共聚焦检测水稻Ca和Cd离子流速及荧光强度,发现OsCCX2蛋白对Cd和Ca具有较高的结合和转运活性。对灌浆-成熟期水稻各部位及籽粒Cd和Ca含量,发现OsCCX2基因在节中参与Cd离子的分配,其缺失扰乱Cd在地上部分的分配和运输。通过酵母双杂交系统、BiFC、LUC及Pulldown等体系研究Os03g17550(OsPP2C)和OsCCX2的互作,证实Os03g17550和OsCCX2之间存在互作。Os03g17550(OsPP2C)通过对OsCCX2-loop氨基酸去磷酸化从而调节OsCCX2蛋白的活性,共同参与水稻对逆境耐性的调节。研究结果阐明了OsCCX2通过影响水稻细胞中Cd的亚细胞分布和在不同部位的分配,调节水稻籽粒低Cd积累的分子机制,并和隆平高科种业研究院合作进行低Cd种质资源创制,将为低Cd水稻分子育种提供新的种质资源。
一个多药耐药基因OsMDR6 参与水稻氮积累的研究
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批准号:2022JJ30421
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2022
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负责人:郝小花
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依托单位:
国内基金
海外基金