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  • 科研進展

    華南植物園研究發現水稻中過表達OsO3L2和OsO3L3全長和截斷片段均可降低米粒中的鎘積累

      

      鎘是一種高毒性重金屬,它可積累于人體的多個器官 (特別是肝和腎),即使是低劑量地長期攝入也會造成嚴重后果,例如使人患上癌癥或其他疾病。水稻是全球半數人口的主要糧食,它同時也是人類鎘攝入的主要來源。2013年的一篇新聞報道指出,在廣東抽檢的大米中,近半數的鎘含量都超過國家標準。

      為解決水稻鎘積累問題,華南植物園轉基因中心王昌虎副研究員等人在區永祥研究員的指導下開展相關科學研究。2016年,該研究組王昌虎副研究員等人發現,在水稻中過表達OXS3 (氧化脅迫3基因) 的家族成員OsO3L2和OsO3L3的截短片段不但可以降低根和葉中的鎘吸收,而且能顯著降低種子中鎘的積累 (Wang C et al. 2016. Molecular Plant 9:301-304)。由于該發現在抗鎘積累的水稻分子育種中具有顯著的應用價值,相關的多肽和基因在2018年獲得了中國發明專利的授權。

      鑒于獲取組成型過表達OsO3L2和OsO3L3全長基因的植株非常困難,所以在以往的試驗中并未涉及相關的功能研究,為了檢驗OsO3L2和OsO3L3截短序列的抗鎘功能是來自該基因本身,還是源自是人為截短基因,最近王昌虎副研究員等嘗試用誘導性表達的方式對這兩個基因的全長序列進行了功能研究。結果表明,跟截短序列一樣,過表達OsO3L2和OsO3L3全長序列可以在不影響錳、鐵、銅和鋅等重要金屬元素的含量下,明顯降低米粒中的鎘含量 (圖1),這便明確了水稻抗鎘功能是來自于這兩個基因的本身。同時也發現全長基因的表達轉化率顯著低于截短片段,提示該基因過表達量過高可能致死轉基因系。此外,OsO3L2和OsO3L3的細胞和組織學定位結果顯示,這兩個蛋白是維管束細胞中與組蛋白H2A互作的一類核蛋白 (圖2),由此推測,它們很可能通過與H2A互作而改變染色質的結構,進一步調控下游的基因表達,從而減少水稻中的鎘積累。

      相關研究成果已發表于歐洲生物技術聯盟 (the European Federation of Biotechnology (EFB))官方雜志New Biotechnology(2019. 48: 29-34 (IF 3.739))上。研究曾獲得國家重點研發計劃項目,中國科學院戰略性先導科技專項,國家自然科學基金,廣東省科技計劃項目和廣東省應用型科技研發專項資金項目的資助。

      原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1871678417305198

    圖1. 轉基因株系的金屬元素含量

    圖2. OsO3L2和OsO3L3的細胞和組織學定位

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