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水稻中控制Mn离子运输的一个蛋白OsNramp3...



水稻中控制Mn离子运输的一个蛋白OsNramp3

研究背景：锰（Mn）是植物生长的必须微量元素，参与了植物代谢的多个途径，如植物的光合放氧、消除过氧化损伤、调节活化酶活性等。

缺锰时，叶片失绿、植株的干物质产量、净光合量和叶绿素含量均迅速降低等。锰过量时，叶片出现褐色斑病，幼叶卷曲、根系变褐色、根尖损伤等。植物矿物质营养，比如Mn，对于植物的发育生长和植物生殖器官的生长是必须矿物质，但是浓度过高的矿物质对植物有毒害作用。因此植物在生长发育的过程中有一个系统来调节矿物质的浓度平衡，是植株能够正常发育。本研究发现Natural resistance associated macrophage protein (NRAMP)的OsNramp3蛋白能够在植物生长过程中起到调控Mn离子浓度的作用，来应对环境中离子浓度的变化。OsNramp3蛋白基部节点部位表达。研究发现在低浓度Mn离子的情况下OsNramp3蛋白能将Mn运输到幼叶中。然而在高浓度下，OsNramp3蛋白将在数小时之类退化小时，Mn只能停留在老叶中。作者研究表明：水稻中节点的OsNramp3 作为一个开关，通过开启或者关闭来响应环境中Mn浓度的变化。

本文研究过程：

1、首先阐述了Natural resistance associated macrophage protein (NRAMP)在植物金属平衡方面有重要的作用。有报道在拟南芥中，在Mn缺乏时 AtNRAMP1在摄取Mn有重要的调控作用；在水稻中OsNRAMP5是Mn、Fe、cd的主要运输因子。

2、在水稻的节点OsNramp3高表达：其编码一个有550个氨基酸组成的含有11个预测的跨膜结构域的蛋白。其分别与OsNramp1, OsNramp5, AtNramp1 and AtNramp6的氨基酸有45.2%, 46.2%, 59.6% and 60.0%相似。

3、对OsNramp3的表达模式和在植物体内金属平衡调节方面进行相关研究：在植物成长阶段OsNramp3在节点高表达。

4、对OsNramp3进行亚细胞定位及其在酵母中的表达情况分析：定位结果显示，蛋白被定位到膜区域；酵母表达表明酵母中OsNramp3值对Mn的运输有相关的生物学作用，对Fe、cd没有调节作用。

5、之后对OsNramp3 的相关表型、应对Mn缺失、对作物产量进行研究：与野生型相比knockout OsNramp3的表达减少了2/3至1/4；表明植株生长的影响是由于OsNramp3的缺失或者抑制造成的；在生殖阶段，knockout of OsNramp3植株的产量相比野生型有所减少。

6、对植株根和茎中金属分布、在发育过程中组织金属分布进行相关研究：结果显示loss or suppression of function of OsNramp3 对根吸收Mn和根转运Mn没有显著的影响；结果表明在节点高表达 OsNramp3与发育组织包括茎尖、新叶和花序中的Mn运输有关。

7、通过放射性同位素方法研究Mn在植株中的浓度变化情况：These results indicate that the OsNramp3-mediated distribution of Mn changes in response to external Mn concentrations

8、OsNramp3 protein表达及其作用：其在植物组织的不同部位有不同的作用，在lower basal node中，OsNramp3 protein将老叶中的Mn转移到缺乏Mn的新叶中，然而在 upper basal node中，将Mn运输到phloem of RVBs，与新叶的产生相关。

9、作者通过研究在不同的Mn浓度下OsNramp3 protein在转录水平、蛋白表达水平的作用：在生殖生长的过程中，不同Mn浓度下OsNramp3表达水平在不同的器官中没有显著的变化；在高Mn浓度下OsNramp3 protein快速降解；研究还发现在Mn严重不足的情况下，OsNramp3蛋白在韧皮部薄壁组织细胞的基底节点又重新表达。

讨论：

在基部节点部位的OsNramp3蛋白有两个功能，一种是在Mn缺乏的条件下，开关开启， Mn将会进入木质部导管中，将Mn运输到上部节点中，然后进入到幼嫩的叶片和穗部中。当Mn含量过剩时，OsNramp3蛋白内化，开关关闭，木质部导管中的Mn进入不到上部节点中，而是进入到老叶中，避免Mn在发育组织的过量积累而产生毒害。

结果：

1. 水稻中节点的OsNramp3 作为一个开关，通过开启或者关闭来响应环境中Mn浓度的变化

2. 在Mn缺乏的条件下，位于节点OsNramp3调节Mn在维管束运输，并且优先分配到正在发育的组织，如幼嫩的叶片、根尖和穗部。

3. 在Mn过剩的条件下，通过翻译前的调控，OsNramp3蛋白快速退化，将多余的Mn运输到老叶中，避免Mn在发育组织的过量积累。

4. OsNramp3蛋白翻译前的调控是水稻在环境中Mn浓度变异的应对策略。

后面附有ppt















































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