水稻低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3的克隆与功能研究

李兴容; 谭志兵; 赵燕; 李曜魁; 赵炳然; 唐丽; 《生物技术通报 》 2024 北大核心 CSCD

摘要：【目的】部分稻米镉超标严重影响我国粮食质量安全，本研究旨在鉴定对稻米镉积累有调控作用的基因，为阻控稻米镉积累提供新的基因资源。【方法】通过逆转录PCR和RACE技术，克隆了水稻低亲和性阳离子转运蛋白基因家族的一个新成员OsLCT3。通过生物信息学方法对OsLCT3的自然变异进行分析，对OsLCT3蛋白的理化性质进行预测；利用实时荧光定量PCR分析其全生育期表达模式及对镉、锰、铁胁迫的响应；采用融合报告基因定位法探究OsLCT3的亚细胞定位。通过苗期镉胁迫水培以及镉污染土壤的成熟期植株各部位的镉及二价矿质金属元素测定，分析敲除OsLCT3对水稻二价阳离子运输的影响。此外，通过酵母细胞的异源功能互补验证OsLCT3对酵母镉耐受性的影响。【结果】OsLCT3仅存在于部分水稻品种中，编码区全长1 263 bp，根据编码区变异其氨基酸序列可划分为5个单倍型，编码的蛋白具有12个跨膜结构域，与小麦、节节麦的LCT亲缘关系较近，与水稻OsLCT2的同源性仅52%，与籼稻、粳稻两个亚种OsLCT1的同源性分别为49%、47%。OsLCT3在生长发育的各时期均在根部高表达，在扬花期的表达最高，且在根部的表达受镉胁迫及过量铁、锰的抑制，蛋白定位于质膜。与野生型相比，oslct3敲除系苗期株高降低，地上部的镉、铁、锌含量降低，根部铁含量升高，其他元素含量不变；根部镉、铁、锌向地上部的转运率降低。大田条件下，oslct3敲除系成熟期的茎叶和糙米镉含量较野生型均显著下降，稻草和糙米锰、铜、铁、锌含量较对照无显著差异。表达OsLCT3导致酵母对镉胁迫更敏感。【结论】OsLCT3参与根部的镉、铁、锌向地上部的运输，正调控稻米镉积累。

关键词： 水稻 OsLCT3 镉转运 铁转运 锌转运 金属转运蛋白