Plasticity of mineral element transport system in response to soil environmental fluctuations in plants

植物矿质元素传输系统响应土壤环境波动的可塑性

基本信息

批准号：
21H05034
负责人：
馬建鋒
金额：
$ 121.14万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H05034/
关键词：
環境変動ミネラル輸送イネ可塑性トランスポーター制御根

项目摘要

イネから同定したケイ酸輸送体Lsi1とLsi2は特徴的に根の外皮細胞と内皮細胞の遠心側と向心側に偏在するが、様々な手法でこの極性局在の機構について調べ、Lsi1の極性局在はクラスリン経路のエンドサイトーシスに依存しないことを明らかにした。一方、極性局在しないオオムギのケイ酸輸送体HvLsi2をイネの外皮と内皮細胞に人為的に発現させると、極性を示すようになり、ケイ酸輸送体の極性局在機構は特定の細胞にあることを示唆している。またイネのケイ酸輸送体Lsi1について、根の外皮細胞および内皮細胞における遠心側への極性局在に重要なタンパク質領域の解析を行い、N末端およびC末端領域の特定のイソロイシン残基、およびC末端領域の正電荷を持つアミノ酸残基が必須であることを明らかにした。また極性局在が失われた改変型Lsi1を導入した形質転換イネによる解析から、効率的なケイ酸吸収におけるLsi1極性局在の重要性が改めて確認された。イネケイ素輸送体遺伝子OsLsi1とOsLsi2は環境中のケイ酸濃度が高くなると、その発現が抑制されるが、我々はその発現抑制に関わるシグナルタンパク質（SSS）を同定した。SSS遺伝子は葉に発現し、根に発現しないが、そのコードされたタンパク質は根において強く検出された。イネコアコレクションのカドミウム蓄積が少ない系統(Pokkali)を用いたQTL解析から原因遺伝子を同定した。この系統ではカドミウム/マンガン輸送体OsNramp5遺伝子が重複しており、根の遺伝子発現およびタンパク質レベルが他系統の2倍に増加していた。その結果、根のマンガンおよびカドミウムの吸収能も倍加しており、根から地上部へのカドミウムの転流がマンガンによって競合的に阻害されると考えられた。ケイ酸排出輸送体Lsi2の大量培養・精製に成功し、クライオ電子顕微鏡による単粒子構造解析と結晶化を進めている。

从水稻中鉴定出的硅酸盐转运蛋白 Lsi1 和 Lsi2 典型地定位于根外皮细胞和内皮细胞的远端和向心侧，我们使用各种方法研究了这种极性定位的机制，我们发现定位并不依赖于内吞作用。网格蛋白途径。另一方面，当在水稻外皮和内皮细胞中人工表达非极化的大麦硅酸盐转运蛋白HvLsi2时，它会变得极化，并且表明硅酸盐转运蛋白的极性定位机制在特定细胞中被发现。我们还分析了水稻硅酸盐转运蛋白 Lsi1 的蛋白质区域，该区域对于根外皮细胞和内皮细胞中向离心侧的极性定位很重要，并鉴定了 N 端和 C 端区域的特定异亮氨酸残基，并揭示了末端区域带正电的氨基酸残基是必需的。此外，通过使用含有缺乏极性定位的修饰Lsi1的转化水稻植物进行分析，证实了Lsi1的极性定位在有效硅酸吸收中的重要性。当环境中硅酸浓度增加时，水稻硅转运蛋白基因 OsLsi1 和 OsLsi2 的表达受到抑制，我们鉴定了一种参与抑制其表达的信号蛋白（SSS）。尽管SSS基因在叶子而不是根中表达，但其编码的蛋白质在根中强烈检测到。使用水稻核心种质中镉积累量较低的品系（Pokkali）通过 QTL 分析鉴定出致病基因。该品系具有重复的镉/锰转运蛋白 OsNramp5 基因，与其他品系相比，根基因表达和蛋白质水平增加两倍。结果，根部对锰和镉的吸收能力也加倍，表明锰竞争性抑制镉从根部向地上部分的易位。我们已成功大规模培养和纯化硅酸外排转运蛋白Lsi2，并正在利用冷冻电子显微镜进行单颗粒结构分析和结晶。

项目成果

期刊论文数量（36）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

OsMGT2 mediates the translocation and preferential distribution of magnesium in rice

OsMGT2介导水稻中镁的易位和优先分配

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Huang;S.;Yamaji;N. and Ma;J. F.
通讯作者：
J. F.

Lateral roots but not root hairs contribute to high uptake of manganese and cadmium in rice

侧根而非根毛有助于水稻对锰和镉的高吸收

DOI：
10.1093/jxb/erab329
发表时间：
2021
期刊：
Journal of Experimental Botany
影响因子：
6.9
作者：
Yu En;Yamaji Naoki;Mao Chuanzao;Wang Hua;Ma Jian Feng
通讯作者：
Ma Jian Feng

イネにおけるホウ素吸収の制御機構

水稻吸收硼的控制机制

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Miyata Haruhiko;Oura Seiya;Morohoshi Akane;Shimada Keisuke;Mashiko Daisuke;Oyama Yuki;Kaneda Yuki;Matsumura Takafumi;Abbasi Ferheen;Ikawa Masahito;黄勝・山地直樹・小西範幸・邵継鋒・馬建鋒
通讯作者：
黄勝・山地直樹・小西範幸・邵継鋒・馬建鋒

A novel kinase subverts aluminium resistance by boosting ornithine decarboxylase‐dependent putrescine biosynthesis

一种新型激酶通过促进鸟氨酸脱羧酶依赖性腐胺生物合成来颠覆铝抗性

DOI：
10.1111/pce.14371
发表时间：
2022
期刊：
Plant, Cell & Environment
影响因子：
0
作者：
Liu Xiang P.;Gao Li J.;She Ben T.;Li Gui X.;Wu Yun R.;Xu Ji M.;Ding Zhong J.;Ma Jian F.;Zheng Shao J.
通讯作者：
Zheng Shao J.

Linking root morphology and anatomy with transporters for mineral element uptake in plants