摘要
铜(Cu)是生物体生长和发育所必需的微量元素，但过量的Cu也会对生物体造成毒害。控制作物中Cu离子的平衡，对提高作物产量和营养品质，以及人体健康都是十分重要的。铜伴侣蛋白ATX1(Antioxidant Protein1)是维持细胞内Cu离子平衡的一类重要蛋白。在本研究中，我们鉴定了一个水稻铜伴侣蛋白OsATX1，功能研究表明OsATX1影响了水稻中Cu离子的转运和分配。 RT-qPCR结果表明，OsATX1受高浓度Cu和镉(Cd)的诱导表达，但不受高浓度铁(Fe)、锰(Mn)或锌(Zn)的影响。通过对携带OsATX1Pro:GUS/GFP（OsATX1启动子融合GUS（β-葡萄糖苷酸酶）和GFP（绿色荧光蛋白））的转基因水稻的分析，我们发现OsATX1主要在根部的外皮层和木质部细胞以及叶片维管组织中表达。水稻原生质体和烟草叶片表皮细胞的瞬时表达实验结果表明，OsATX1-GFP定位于细胞质，细胞核和细胞质膜，也可能依附于细胞内膜系统。 OsATX1功能缺失会导致水稻根中Cu浓度增加，并降低了Cu由根向地上部的转移;超量表达OsATX1降低了根中的Cu浓度，但增加了植株地上部和木质部伤流液中Cu的积累，并促进了Cu由根向地上部的转移。在缺Cu条件下，OsATX1超量表达植株与野生型相比没有表现出明显的表型差异;但是超量表达OsATX1显著降低了水稻对高浓度Cu的耐受性。在生殖生长阶段，与野生型相比，OsATX1超量表达植株在新发育组织中的Cu浓度显著增加，包括穗，上部节点和节间，幼叶和叶鞘;而osatx1突变体植株在这些组织中的Cu浓度显著降低。另外，osatx1突变体植株在老叶中积累了较高的Cu浓度。OsATX1包含一个保守的MXCXXC铜离子结合结构域，能够与Cu+离子结合，形成同源二聚体。酵母双杂交和双分子荧光互补(BiFC)实验结果表明，OsATX1能够与水稻重金属P1B型ATP酶OsHMA4，OsHMA5，OsHMA6和OsHMA9互作。这些结果表明，OsATX1可能负责将Cu离子传递给水稻重金属P1B型ATP酶进行Cu离子的转运和分配，从而维持水稻不同组织间的Cu离子平衡。 超量表达OsATX1增加了地上部和木质部伤流液中的Cd积累，而osatx1突变体植株增加了根中的Cd浓度。在生殖生长阶段，超量表达OsATX1增加了地上部各个组织器官的Cd积累，表明OsATX1也可能参与水稻中Cd离子的转运。另外，在酵母（酿酒酵母）镉敏感突变体△ycf1中，异源表达OsATX1能够降低酵母细胞中Cu和Cd的浓度，从而提高了酵母对Cu和Cd的耐受性。 综上所述，我们的研究结果表明，OsATX1促进了Cu由根向地上部的转运以及从老叶到新发育组织的再分配。
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