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南京土壤所在植物小肽IRON MAN调控铁镉拮抗的机制研究方面取得进展

2021-08-17 分享到:

镉是對生物體有害的重金屬元素。镉極易通過鐵的吸收途徑進入植物體內進而影響植物的生長發育,而且通過食物鏈嚴重威脅人類健康。增加植物外源鐵供應或調控鐵缺乏響應基因的表達量可以提高植物镉毒耐性。因此,解析鐵镉之間的拮抗作用機制可以爲增強植物镉毒耐受性提供重要的理論基礎和基因資源。南京土壤所研究員蘭平課題組研究發現的植物小肽 IRON MANs IMAs)在陸生植物中高度保守,作爲韌皮部移動信號控制植物中的鐵攝取。IRON MAN作爲新型鐵缺乏響應的調控路徑中的關鍵基因,在植物鐵的吸收、轉運和細胞內鐵穩態中發揮著重要作用。然而,由IMAs介導的鐵積累是否可以賦予植物較強的镉耐性仍不清楚。

該課題組最近研究表明,镉處理顯著誘導了擬南芥小肽基因IMA1IMA3的表達量。通過與植物鐵缺乏調控網絡的關鍵調控因子的比較發現,過表達IMAs基因(IMA1oxIMA3ox)比其它調控因子(bHLH39ox和bHLH104ox)表現出更強的镉耐性。進一步研究表明,過表達鐵調控因子激活了擬南芥缺鐵響應系統,增加了植物體內鐵的積累,減小了镉對擬南芥的毒害。鐵移除顯著增加了植株中镉的積累,進而可能加劇了植株根系的毒害。分根實驗和根尖伸長實驗表明,維持轉基因株系較強的根系伸長能力主要依賴于外源鐵營養的存在。因此,通過操縱鐵缺乏調控因子小肽IMAs可以提高植物鐵營養進而提高植物對镉毒害的耐受性。IMAs在植物中具有高度保守性,在不同植物鐵穩態的調節中都發揮作用,因此,IMAs是選育廣譜镉超富集植物的候選基因。研究揭示了植物小肽IRON MAN控鐵镉拮抗的新機制,爲植物镉生物修複潛能的拓展提供了理論依據和基因資源。

上述研究成果发表在Journal of Hazardous Materials期刊上。该研究得到国家自然科学基金的资助。

論文链接:1,2

植物小肽參與調控镉鐵拮抗的作用機制示意圖