Учёные нашли ключевой ген, контролирующий распределение кадмия между листьями и зерном риса
Кадмий (Cd) — токсичный тяжёлый металл, загрязняющий пахотные земли. Он опасен для человека, накапливаясь в сельскохозяйственных культурах, особенно в рисе. Поэтому необходимы стратегии для ограничения накопления Cd в рисовом зерне. В растении рис поглощает Cd из почвы корнями, после чего металл транспортируется в надземные ткани. Узлы (ноды) — сосудистые пучки, связанные с корнями, листьями и метёлками — играют важную роль в перераспределении Cd в рисе.
Исследовательская группа под руководством профессора Цюй Лэцина из Института ботаники Китайской академии наук (IBCAS) с помощью системы скрининга на толерантность к Cd в дрожжах идентифицировала металлошаперон Cd — OsHIPP9 (heavy metal-associated isoprenylated plant protein 9). Его функцию в рисе охарактеризовали с помощью генетических, клеточных и биохимических методов. Исследование опубликовано в журнале Plant, Cell & Environment.
OsHIPP9 демонстрирует способность связывать Cd и медь (Cu), в основном за счёт тиольных групп цистеинов, с образованием стабильного металл-белкового комплекса. OsHIPP9 в основном экспрессируется в ксилемной области увеличенных сосудистых пучков в узлах и в экзодерме корней риса.
Нокаут гена OsHIPP9 привёл к увеличению концентрации Cd в верхних узлах и метёлках, но к снижению Cd в развёрнутых листьях. Это, возможно, связано с изменениями в распределении Cd в узлах.
Кроме того, нокаут OsHIPP9 снизил концентрацию Cu в надземных тканях риса, тогда как сверхэкспрессия OsHIPP9 увеличила концентрацию Cu в растениях.
Эти результаты раскрыли двойную роль OsHIPP9 как металлошаперона: он хелатирует Cd в ксилеме увеличенных сосудистых пучков для удержания Cd в узлах и хелатирует Cu в корнях риса, способствуя поглощению Cu. Это даёт полезную информацию для регулирования уровней Cd и Cu в рисовом зерне.
«OsHIPP9 может опосредовать миграцию большего количества Cd в листья, а не в зерно, что имеет решающее значение для снижения уровня Cd в зерне», — сказал доктор Сюн Шо, первый автор исследования.