《水稻NIP水通道蛋白向籽粒運輸砷的功能解析》是趙方傑為項目負責人，南京農業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水稻NIP水通道蛋白向籽粒運輸砷的功能解析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙方傑
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水稻具有較強的砷吸收、累積能力，稻米是我國人口無機砷攝入的最主要來源。我國南方部分稻田受砷污染較為嚴重，危害農產品安全。申請人在前期研究中發現水稻根系通過矽酸吸收途徑吸收亞砷酸和甲基砷，但砷在水稻地上部組織向籽粒運輸的途徑仍不清楚。根據前期工作，我們提出了三種不同類型的NIP水通道蛋白（NIP1;1、NIP2;2、NIP3;3）可能參與砷向籽粒運輸的假設。本項目將通過獲取三種NIP基因突變株、RNAi、過量表達材料，結契約步輻射X-射線螢光、二次離子質譜和液相色譜-質譜聯用等技術，解析三種NIP通道蛋白在無機砷和甲基砷及相關元素矽、硼向籽粒運輸的作用；測定不同組織NIP基因表達譜及對砷、矽、硼供應的回響；採用蛙卵異源表達系統研究NIP通道蛋白ar/R選擇性過濾器結構與功能的關係；採用啟動子-GUS和GPF表達技術明確三種基因的細胞、亞細胞定位。本項目有望為阻控稻米砷累積提供理論基礎。
結題摘要
由於水稻具有較強的砷吸收與累積能力，稻米是我國人口無機砷攝入的最主要來源。我國南方部分稻田土壤受砷污染較為嚴重，導致稻米累積更多砷，危害農產品安全。申請人在前期研究中發現了水稻根系可通過矽酸吸收途徑的兩個轉運蛋白（OsNIP2;1、OsLSi2）吸收亞砷酸和甲基砷，但是水稻吸收與運輸砷的分子機制仍然不甚清楚。在本項目中，我們研究了三種不同類型的NIP水通道蛋白（OsNIP1;1、OsNIP3;2、OsNIP3;3）在水稻吸收及運輸三價砷的作用，研究了OsLsi2在水稻節上對砷向穗子分配的作用，並採用正向遺傳的方法研究了水稻吸收和忍耐五價砷的機制。研究結果表明，OsNIP1;1、OsNIP3;2、OsNIP3;3均為定位於細胞質膜的蛋白，具有對三價砷的透性，OsNIP3;3還具有一定的矽酸透性；OsNIP3;2在水稻側根表達水平較高，敲除該基因顯著降低三價砷吸收及側根中砷的積累，但對水稻地上部砷積累影響較小；水稻根系中OsNIP1;1和OsNIP3;3表達水平較低，敲除這兩個基因對三價砷吸收無顯著影響，但過量表達這兩個基因顯著降低三價砷通過木質部向地上部運輸和籽粒砷積累；篩選到兩個耐五價砷的突變體，通過測序和連鎖分析證明為兩個OsPT8的等位突變體，吸收五價砷能力比野生型降低一半，證明OsPT8是水稻吸收五價砷的重要途徑，其表達水平的差異可解釋水稻品種日本晴與Kasalath對五價砷吸收能力的差異；OsLsi2在水稻節上強烈表達，OsLsi2突變體向籽粒分配的砷比例下降，向劍葉分配的砷比例增加，說明該轉運蛋白對水稻地上部節中砷的分配起重要作用；此外，本項目還完善了利用同步輻射X-射線螢光和納米尺度二級離子質譜表征植物細胞中砷及其它礦質元素分布的方法。通過本項目研究，進一步揭示了水稻吸收和運輸砷的分子機制，發現了通過過量表達OsNIP1;1或OsNIP3;3可顯著降低水稻砷積累，為降低稻米砷含量提供了新的基因。本項目共發表SCI論文7篇（包括第一標註論文4篇），其中一篇為Web of Science高被引論文，申請中國發明專利兩項。
