EES南农崔瑾：NMT发现BcHIPP16促拟南芥根吸Cd2+ 为培育低Cd积累作物提供潜在解决方案
基本信息
主题：NMT发现BcHIPP16促拟南芥根吸Cd2+ 为培育低Cd积累作物提供潜在解决方案
期刊：Ecotoxicology and Environmental Safety
影响因子：7.129
研究使用平台：NMT温度胁迫创新平台
标题：Plasma membrane-localized protein BcHIPP16 promotes the uptake of copper and cadmium in planta
作者：南京农业大学崔瑾，牛梦洋
检测离子/分子指标
Cd2+
检测样品
拟南芥根伸长区、成熟区
中文摘要
镉（Cd）是土壤中的有毒重金属之一，它不仅抑制作物生产，而且威胁人类健康。本研究旨在阐明Cd相关基因BcHIPP16的生物学功能，为降低小白菜Cd水平提供潜在的遗传解决方案。组织表达分析表明，BcHIPP16在几乎所有的植物体内都有表达。根中BcHIPP16转录水平高于地上部，铜（Cu）缺乏和镉胁迫显著诱导了该基因的表达。亚细胞定位显示BcHIPP16定位于质膜。在酵母细胞中表达BcHIPP16提高了对Cu和Cd的敏感性，并增加了它们在酵母中的积累。此外，在野生型（WT）和hip16突变体中表达BcHIPP16时，拟南芥幼苗的Cu和Cd含量提高/恢复。采用非损伤检测技术（NMT）对转入BcHIPP16的转基因拟南芥株系根表面Cd2+流速进行了实时检测，结果表明BcHIPP16促进了Cd2+内流进入拟南芥根细胞。综上所述，本研究表明，BcHIPP16有助于植物吸收营养金属Cu和重金属Cd。
离子/分子流实验处理方法
7日转基因拟南芥幼苗，5μM CdCl2处理
离子/分子流实验结果
为了进一步探讨BcHIPP16对植物吸收Cd2+的影响，本研究测定了转基因拟南芥的根部Cd2+的流速。从图中可以看出，OEBcHIPP16-L1的根伸长区和成熟区Cd2+流速都是最高的，野生型和comBcHIPP16-L1之间Cd2+流速没有显著差异，而hip16-突变体的Cd2+流速最低。然后计算伸长区和成熟区10 min内的平均Cd2+流速，结果表明，OEBcHIPP16-L1伸长区和成熟区Cd2+速率分别为18.5和8.37 pico mole cm-2·s-1；ComBcHIPP16-L1伸长区和成熟区Cd2+的平均流速分别为14.9和5.92 pico mole cm-2·s-1，与野生型相比差异不大。hip16突变体伸长区和成熟区Cd2+的流速分别为11.6和2.4 pico mole cm-2·s-1。结果表明，BcHIPP16参与根系对Cd的吸收，从而增加Cd在根系中的积累。
图1.转基因拟南芥株系根表Cd2+流速测定。负值代表Cd2+吸收。
其他实验结果
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BcHIPP16增加了酵母细胞对Cd和Cu的敏感性
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Cd和Cu增加植物中BcHIPP16的表达水平
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亚细胞定位显示BcHIPP16定位于质膜
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在拟南芥中表达BcHIPP16可增加Cd和Cu的积累
结论
本文研究了BcHIPP16促进植物吸收铜（Cu）和镉（Cd）的生物学功能。如图2所示，在Cu缺乏和Cd暴露条件下，BcHIPP16的表达被激活。在拟南芥中表达BcHIPP16可以增加Cd和Cu的积累。研究认为，质膜定位蛋白BcHIPP16促进了植物对Cu和Cd的吸收。BcHIPP16在Cu和Cd吸收中的作用可能与其他转运蛋白相互作用有关，但仍需进一步研究。这些发现不仅丰富了我们对小白菜Cd分子调控网络的认识，而且为培育低Cd积累作物提供了潜在的解决方案。
图2.BcHIPP16 促进小白菜幼苗Cu和Cd吸收的模型
测试液
0.005mM CdCl2, 0.1 mM KCl, 0.3 mM MES, pH 5.8
NMT仪器信息
文章原文：https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112920
供稿：牛梦洋
编辑：叶斌，刘兆义
关键词：小白菜；金属伴侣；BcHIPP16；铜；镉；植物类