OsIMA1增强水稻对镉逆境的适应性.docx

Ｇｕｉｈａｉａ Ｊｕｎ . ２０２３ ? ４３(６) : １０９７－１１０４ ｈｔｔｐ :// ｗｗｗ . ｇｕｉｈａｉａ－ｊ ｏｕｒｎａｌ . ｃｏｍ ＤＯＩ: １０.１１９３１/ ｇｕｉｈａｉａ . ｇｘｚｗ２０２２０４０１７ ?Ｃ３１ ｉｎ４]１０ .４３(６) : １０９７－１１０４. ＯｓＩＭＡ１ 增强水稻对镉逆境的适应性 彭 凤１ ?２ ? 路承凯１ ?２ ? 梁 岗１ ?２ ? ( １ . 中国科学院西双版纳热带植物园热带植物资源可持续利用重点实验室 ? 昆明 ６５０２２３? ２. 中国科学院大学 生命科学学院 ? 北京 １０００４９ ) 摘 要 : 铁(Ｆｅ )是植物生长发育所必需的营养元素而镉(Ｃｄ)是对植物有害的元素且对植物 Ｆｅ 和 Ｃｄ 的吸 收存在拮抗作用 ? Ｏ ｓＩＭＡ 是一类正调控水稻 Ｆｅ 吸收的一类小肽 ? 其过表达可以促进 Ｆｅ 的积累 ? 为探究 Ｏ ｓＩＭＡ 是否参与水稻对 Ｃｄ 胁迫的适应性 ?该研究以水稻为研究材料 ? 利用荧光定量 ＰＣＲ 分析了 ＯｓＩＭＡ 基 因的表达水平 ?通过遗传转化和 ＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ 基因编辑技术构建了 ＯｓＩＭＡ１ 过表达植物和 ｉｍａ １ 突变体植 物 ?评估了 ＯｓＩＭＡ１ 过表达和突变体植物在 Ｃｄ 逆境条件下的株高 ?并利用电联耦合等离子体质谱法测量了 根和地上部的 Ｆｅ 和 Ｃｄ 含量 ? 结果表明 : (１) Ｃｄ 处理后 ? ＯｓＩＭＡ１ 和 ＯｓＩＭＡ２ 的转录水平上调 ? (２) ＯｓＩＭＡ１ 过表达植物比野生型植物对 Ｃｄ 胁迫更耐受 ? (３) ｉｍａ １ 功能缺失突变体比野生型植物对 Ｃｄ 胁迫更敏感 ? (４)ＯｓＩＭＡ１ 过表达植株根系的 Ｃｄ 含量较高 ?而 ｉｍａ １ 突变体植株地上部的 Ｃｄ 含量较高 ? 综上所述 ? ＯｓＩＭＡ１ 通过限制 Ｃｄ 从根向地上部的转运以增强水稻对 Ｃｄ 逆境的适应能力 ?该研究结果为定向培育耐 Ｃｄ 作物提 供了理论参考 ? 关键词 : 水稻 ? ＯｓＩＭＡ ? Ｃｄ ? Ｆｅ ? 拮抗作用 中图分类号 : Ｑ９４５ 文献标识码 : Ａ 文章编号 : １０００￣ ３１４２(２０２３)０６￣ １０９７￣０８ ＯｓＩＭＡ１ ｅｎｈａｎｃｅｓ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｔｏ ｃａｄｍｉｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｒｉｃｅ ＰＥＮＧ Ｆｅｎｇ１ ?２ ? ＬＵ Ｃｈｅｎｇｋａｉ １ ?２ ? ＬＩＡＮＧ Ｇａｎｇ１ ?２ ? ( １ . Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＴｒｏｐｉｃａｌ Ｐｌａｎｔ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｕｓｅ ? Ｘｉｓｈｕａｎｇｂａｎｎａ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｂｏｔａｎｉｃａｌ Ｇａｒｄｅｎ ? Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ ? Ｋｕｎｍｉｎｇ ? ６５０２２３ ? Ｃｈｉｎａ? ２. Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＬｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ? Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＣｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ ? Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９ ? Ｃｈｉｎａ ) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｒｏｎ (Ｆｅ ) ｉｓ ｃｒｕｃｉａｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ ｃａｄｍｉｕｍ (Ｃｄ) ｉｓ ｔｏｘｉｃ ｔｏ ｐｌａｎｔｓ . Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ａｎｔａｇｏｎｉｓｔｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｆｅ ａｎｄ Ｃｄ ｕｐｔａｋｅ ｉｎ ｐｌａｎｔｓ . ＯｓＩＭＡｓ ａｒｅ ａ ｃｌａｓｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｐｅｐｔｉｄｅｓ ? ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｏｖｅｒｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｓ Ｆｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｒｉｃｅ . Ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ＯｓＩＭＡ ｇｅｎｅｓ ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ? ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ＯｓＩＭＡ ｇｅｎｅｓ ｂｙ ｑＲＴ￣ＰＣＲ ? ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ＯｓＩＭＡ１ ｏｖｅｒｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ ＣＲＩＳＰＲ/ Ｃａｓ９ ｅｄｉｔｅｄ ｉｍａ１ ｍｕｔａｎｔｓ ｂｙ ｇｅｎｅｔｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ? ａｓｓｅｓｓｅｄ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔｓ ｏｆ ＯｓＩＭＡ１ ｏｖｅｒｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ ｉｍａ１ ｍｕｔａｎｔ ｐｌａｎｔｓ ｕｎｄｅｒ Ｃｄ ｓｔｒｅｓｓ ? ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｈｅ Ｆｅ ａｎｄ Ｃｄ ｃｏ