IJMS中国林科院罗志斌组：NMT发现Cd胁迫下PcNRAMP1促进银灰杨根吸Cd2+ 为重金属污染修复植物研究提供支持
基本信息
主题：NMT发现Cd胁迫下PcNRAMP1促进银灰杨根吸Cd2+ 为重金属污染修复植物研究提供支持
期刊：International Journal of Molecular Sciences
影响因子：5.6
研究使用平台：NMT植物重金属研究创新平台
标题：PcNRAMP1 Enhances Cadmium Uptake and Accumulation in Populus × canescens
作者：中国林业科学研究院于文剑、邓澍荣、罗志斌、石文广
检测离子/分子指标
Cd2+
检测样品
银灰杨根（距根尖600 μm根表上的点）
解读人
韩梦璇，桂林理工大学环境科学与工程学院硕士，主要从事植物修复土壤重金属，导师游少鸿教授。
中文摘要
杨树可用于重金属（HM）污染土壤的植物修复。确定杨树吸收和积累HM的相关基因对于提高植物修复效率至关重要。在这里，自然抗性相关巨噬细胞蛋白1（NRAMP1）编码了一个参与镉（Cd）吸收和运输的转运体，并在功能上对其进行了鉴定。在杨树基因组中鉴定出8个可能的PcNRAMPs，其中大部分主要在根中表达。PcNRAMP1在Cd处理的根中被诱导表达，并编码一种质膜定位蛋白。在酵母中表达的PcNRAMP1具有转运Cd2+ 的活性。与野生型（WT）相比，过表达PcNRAMP1的杨树根部净Cd吸收增加39-52%，地上部分Cd积累增加25%-29%。然而，Cd诱导的生物量下降在转基因和WT之间是相似的。进一步的分析表明，PcNRAMP1的两个氨基酸残基，即M236和P405，在调节其对Cd2+的转运活性中起着关键作用。这些结果表明，PcNRAMP1是一种质膜定位的转运体，参与了Cd的吸收和从根部到地上组织的运输，PcNRAMP1中的保守残基是其Cd转运活性所必需的。
离子/分子流实验处理方法
28天苗龄杨树水培两个月后，分别在0或100μM的CdCl2中胁迫7d。
离子/分子流实验结果
非损伤微测技术（NMT）对杨树野生型和转基因株系根尖不同根区的净Cd2+ 流速检测，发现最大Cd2+ 吸收点在距离根尖600μm的位置。
图1. 根尖不同位点的吸Cd2+ 速率，负值代表Cd2+ 吸收。
为了研究PcNRAMP1在Cd2+ 转运中的作用，测定了WT和转基因杨树细根根尖600 μm处的Cd2+ 净流速（图2 A，B）。转基因和转基因杨树的Cd2+ 净吸收范围为-409.4~-228.6 pmol cm-2 s-1，其中3个转基因株系细根中Cd2+ 的净吸收速度比对照快70.5~79.1%（图2 A，B）。在Cd暴露2周后，转基因植株和3个转基因植株的Cd2+ 净吸收在-76.4~-50.2 pmol cm-2s-1之间变化，转基因植株根系Cd2+ 净吸收比转基因植株快38.5~52.3%（图2 A，B）。
图2. 野生型及转基因杨树，根分生区吸Cd2+ 速率，负值代表Cd2+ 吸收。
其他实验结果
- PcNRAMP1主要在根中表达，并在Cd胁迫下诱导表达，这表明PcNRAMP1在油菜对Cd的吸收和积累中起着关键作用。
- PcNRAMP1在根和成熟叶片中的表达在本研究所研究的所有时间点对Cd的响应都更强。
- PcNRAMP1位于质膜上。
- PcNRAMP1能够将Cd从培养基中吸收到酵母细胞中。
- 与空载体相比，PcNRAMP1的表达增强了∆pmr1对Mn和∆ccc1对Fe的敏感性。
- PcNRAMP1氨基酸残基中，M236和P405在Cd转运活性中起着关键作用；D61和M236对Mn转运至关重要，且M236也在Fe转运中发挥作用。
结论
PcNRAMP1是一种质膜定位的转运蛋白，参与Cd的摄取并将Cd从根部转运到地上组织，并且PcNRAMP1中的保守残基对其在杨树中的Cd转运活性至关重要。
测试液
0.1 mM CdCl2, 0.5 mM KCl, 0.1 mM MgCl2, 0.05 mM CaCl2, pH 5.8
NMT仪器信息
·活体培养环境监测仪
·智能自动化非损伤微测系统
文章原文：https://doi.org/10.3390/ijms23147593
供稿：韩梦璇
编辑：叶斌，刘兆义
关键词：杨树；镉；NRAMP；植物修复；保守氨基酸残基；植物类