实验室赵方杰团队发现使水稻“降砷”不减产的新途径
发布时间:2018-05-15 浏览次数:
 

近日,南京农业大学赵方杰团队在New Phytologist在线发表了题为“Decreasing arsenic accumulation in rice by overexpressingOsNIP1;1 andOsNIP3;3 through disrupting arsenite radial transport in roots”的研究论文。该研究揭示水稻水通道蛋白NIP1;1和NIP3;3调控根部砷的双向运输机制,为降低水稻地上部和籽粒砷含量提供了新方法。

图1. 过量表达水通道蛋白OsNIP1;1降低砷向木质部的装载和在水稻地上部及籽粒砷积累(a, b, c)、及其作用模式图(d)。

水稻具对金属元素砷有较强的吸收能力,稻米是我国人口无机砷摄入的最主要来源,砷化合物均有毒性,降低水稻砷积累对农产品质量安全具有重要意义。

在传统的稻田淹水还原条件下,土壤中砷还原为三价砷,有效性大幅度升高,三价砷通过硅的转移蛋白Lsi1和Lsi2被水稻根系吸收。Lsi1和Lsi2分别定位于内皮层和外皮层细胞膜的外层和内侧,负责将硅和三价砷由根际向中柱极性运输,形成从外到内升高的浓度梯度。虽然敲除Lsi1或者Lsi2能明显降低水稻地上部和籽粒砷含量,但是同时也会降低水稻地上部硅含量,从而造成水稻减产。

我校研究人员发现,水稻水通道蛋白NIP1;1和NIP3;3均具有运输三价砷的能力,同时对硅的运输能力较弱。研究人员通过遗传操作提高这两个蛋白的表达量,破坏了砷由外向内的极性运输,提高这两个蛋白“降砷”的能力,减少水稻地上部和籽粒砷含量,同时对水稻地上部硅含量和产量没有显著影响。

 该研究由南京农业大学作物遗传育种和种质创新国家重点实验室赵方杰教授团队与日本冈山大学马建锋教授、英国John Innes Centre的Anthony Miller教授团队合作完成。博士研究生孙晟凯为论文第一作者,赵方杰教授为本文通讯作者,南京农业大学是第一完成单位,相关工作得到国家自然科学基金国际合作项目、公益性行业(农业)科研专项和教育部创新团队资助。

文章链接:https://doi.org/10.1111/nph.15190