Plant Physiology | 中科院分子植物卓越中心龚继明研究组分离到首个具有类转运功能的韧皮部镉卸载蛋白

控制镉（Cd）向水稻籽粒的迁移是解决镉大米危害的重要途经。Cd吸收进入水稻后经由木质部长途运输到地上部位，再经由韧皮部从节运往籽粒。因此，倒一节经由穗轴到水稻籽粒的运输是控制Cd在大米中积累水平的关键环节。目前已经分离到将Cd装载进入穗轴韧皮部的关键转运蛋白基因LCT1，但韧皮部Cd卸载的机制一直不清楚，也尚未克隆相关的转运蛋白编码基因。

2022年9月10日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所龚继明研究组在Plant Physiology在线发表了题为“Dual-function DEFENSIN 8 mediates phloem cadmium unloading and accumulation in rice grains”的研究论文。该研究揭示了防御素蛋白DEF8通过螯合及跨细胞膜分泌的机制，在Cd向地上部位的长途转运以及籽粒中韧皮部镉卸载过程中起着双重的作用，是首个被分离的具有类转运功能的韧皮部Cd卸载蛋白。

研究人员通过生物信息学分析发现植物防御素家族基因DEF8在籽粒中呈现出极高的表达量，进一步分析发现其在幼苗根部受Cd诱导上调表达。组化分析及蛋白亚细胞定位发现DEF8主要表达在幼苗根系的中柱鞘细胞和韧皮部以及籽粒维管束的韧皮部。DEF8具有和龚继明实验室先前分离的类防御素蛋白CAL1（Nature Communications, 2018）相似的Cd螯合及分泌到质外体空间的特征。BFA处理则揭示DEF8可能通过囊泡运输的方式被分泌到细胞外。与野生型相比，def8突变体幼苗中Cd从原生质体中排出以及装载到木质部中的Cd含量减少。在成熟阶段，突变体籽粒中Cd积累显著减少，但是必需矿质元素和重要农艺性状均未受到影响，表明DEF8是低Cd稻育种的理想靶标。此外，DEF8和CAL1都通过螯合分泌机制调控镉向细胞外的运输，预示植物体内可能存在一类新型的螯合转运系统。

中科院分子植物卓越中心龚继明研究员为通讯作者，顾天宇博士和在读博士生齐子艾为共同第一作者。该项工作得到中国科学院先导项目和国家自然科学基金的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac423

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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