版納植物園揭示OsPRI2和OsPRI3正調(diào)控水稻鐵穩(wěn)態(tài)的機(jī)制

近日，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園植物礦質(zhì)營養(yǎng)研究組和植物分子生物學(xué)研究組合作在Plant Cell and Environment 上發(fā)表了題為Oryza sativa POSITIVE REGULATOR OF IRON DEFICIENCY RESPONSE 2(OsPRI2)and OsPRI3 are involved in the maintenance of Fe homeostasis 的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)并闡釋了兩個(gè)新的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控水稻鐵穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制。

鐵是細(xì)胞正常生命活動(dòng)所必需的礦質(zhì)元素，缺鐵直接影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)也是引發(fā)人類缺鐵性貧血的原因。稻米是全球近一半人口的主食，增加稻米的含鐵量是改善人類健康狀況的一個(gè)有效途徑。鑒于此，研究水稻的缺鐵響應(yīng)以及水稻適應(yīng)缺鐵環(huán)境的分子機(jī)制可以為分子育種培育耐受缺鐵土壤和富鐵水稻品種提供理論基礎(chǔ)。

OsHRZ1 是一個(gè)負(fù)調(diào)控水稻鐵穩(wěn)態(tài)的蛋白，它不僅可以結(jié)合鐵離子，而且具有泛素化功能，因此被認(rèn)為是水稻的鐵感應(yīng)蛋白。但是OsHRZ1調(diào)控水稻鐵穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制還不清楚。該研究團(tuán)隊(duì)之前的研究表明OsPRI1 是連接鐵感應(yīng)蛋白HRZ1 和下游缺鐵響應(yīng)基因IRO2 和IRO3 的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（該成果于2017年發(fā)表在Plant Physiology 上）。在此研究基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)鑒定了OsHRZ1 的另外兩個(gè)互作蛋白OsPRI2 和Os-PRI3。元素含量分析表明，pri2 和pri3 突變體的根中積累了較高的鐵含量，葉中積累了較少的鐵含量，而它們的過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植物在根和葉中均積累了較多的鐵。研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)鐵從根向葉轉(zhuǎn)運(yùn)的基因YSL2 在突變體中受到了明顯的抑制。研究進(jìn)一步分析，OsYSL2的表達(dá)不依賴OsIRO2，因?yàn)樵谌辫F處理的iro2 的突變體里OsYSL2 仍然正常被誘導(dǎo)。基因表達(dá)分析和EMSA 實(shí)驗(yàn)證明，OsPRI2 和OsPRI3 直接正調(diào)控OsYSL2 的表達(dá)。這解釋了突變體中的根-葉鐵轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制的原因。同時(shí)，證實(shí)OsHRZ1 可以直接泛素化OsPRI2和OsPRI3；相應(yīng)地，OsPRI2和OsPRI3在hrz1-2突變體中的穩(wěn)定性增加，表明OsHRZ1 可以通過泛素化途徑降解OsPRI2和OsPRI3。該研究工作建立了一個(gè)新的調(diào)控途徑OsHRZ1-OsPRI2/3-YSL2。