OsNRAMP1はイネにおけるカドミウムとマンガンの取り込みに寄与している

OsNRAMP1 contributes to cadmium and manganese uptake in rice.

• Jia-Dong Chang
• Sheng Huang
• Naoki Yamaji
• Wenwen Zhang
• Jian Feng Ma
• Fang-Jie Zhao

抄録

イネは有毒金属カドミウム（Cd）の主要な食餌源である。これまでの研究では、イネのOsNRAMP1 (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein 1)が、異種酵母アッセイにおいて鉄（Fe）、カドミウム、ヒ素（As）を輸送できることが報告されている。しかし、OsNRAMP1のプランタ内での機能については不明な点が多い。ここで私たちは、OsNRAMP1が酵母で発現した場合、Cdとマンガン（Mn）を輸送することを示したが、FeとAsは輸送しないことを示した。OsNRAMP1は主に根や葉で発現し、漿膜局在化タンパク質をコードしていた。OsNRAMP1の発現はCd処理とFe欠乏によって誘導された。免疫染色の結果、OsNRAMP1は根の中心血管系を除くすべての根細胞と葉中葉細胞に局在していた。OsNRAMP1をノックアウトすると、イネの新芽や穀物では根からのCdやMnの取り込みや蓄積が有意に減少し、Mn欠乏症に対する感受性が増加した。また、OsNRAMP1のノックアウトはOsNRAMP5のノックアウトに比べてCdとMnの取り込みに対する影響が小さく、両遺伝子のノックアウトは両金属の取り込みを大きく減少させる結果となった。以上のことから、OsNRAMP1はイネにおけるMnとCdの取り込みに大きく寄与しており、OsNRAMP1とOsNRAMP5の機能は類似しているが冗長ではないことが明らかになった。この論文は著作権で保護されています。すべての著作権は留保されています。

Rice is a major dietary source of the toxic metal cadmium (Cd). Previous studies reported that the rice OsNRAMP1 (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein 1) could transport iron (Fe), Cd and arsenic (As) in heterologous yeast assays. However, the in planta function of OsNRAMP1 remains unknown. Here, we showed that OsNRAMP1 was able to transport Cd and manganese (Mn) when expressed in yeast, but did not transport Fe or As. OsNRAMP1 was mainly expressed in roots and leaves and encoded a plasma membrane-localized protein. OsNRAMP1 expression was induced by Cd treatment and Fe deficiency. Immunostaining showed that OsNRAMP1 was localized in all root cells except the central vasculature, and in leaf mesophyll cells. The knockout of OsNRAMP1 resulted in significant decreases in root uptake of Cd and Mn and their accumulation in rice shoots and grains, and increased sensitivity to Mn deficiency. The knockout of OsNRAMP1 had smaller effects on Cd and Mn uptake than knockout of OsNRAMP5, while knockout of both genes resulted in large decreases in the uptake of the two metals. Taken together, OsNRAMP1 contributes significantly to the uptake of Mn and Cd in rice and the functions of OsNRAMP1 and OsNRAMP5 are similar but not redundant. This article is protected by copyright. All rights reserved.

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