OsHSFX调控水稻Cd吸收关键基因OsNramp5表达的分子机制

Cadmium (Cd) pollution poses a serious threat to rice production and food safety in China. Studies have shown that Cd enters rice mainly through the transporter OsNramp5. However, its expression regulation mechanism remains unclear. Our group screened a transcription factor OsHSFX that binds to the OsNramp5 promoter by yeast one-hybrid assay. In the previous work, we found that: 1. The accumulation of Cd increased in the shoot and root of the mutant oshsfx1; 2. The expression of OsNramp5 was significantly up-regulated in the oshsfx1; 3. The expression of OsHSFX was induced by Cd stress. Therefore, this project is to clarify the mechanism by which OsHSFX regulates OsNramp5 expression: 1. To analyze the binding site of OsHSFX on the OsNramp5 promoter; 2. To analyze the effect of OsHSFX on OsNramp5 expression; 3. To analyze the expression pattern and protein localization of OsHSFX Situation; 4. To analyze the effect of OsHSFX on Cd uptake in rice. It is hoped that the transcriptional regulation mechanism of rice Cd uptake can be partially elucidated through the research of this project.

重金属镉（Cadmium，Cd）污染对我国的水稻生产与食品安全造成了严重威胁。 研究表明Cd主要通过转运蛋白OsNramp5进入水稻中。然而其表达调控机制仍不清楚。本课题组通过酵母单杂交筛选到一个结合在OsNramp5启动子上的转录因子OsHSFX。在前期工作中我们发现： 1. 突变体oshsfx1地上部分和根中Cd的积累增加；2. 在oshsfx1根中OsNramp5的表达显著上调；3. OsHSFX表达受Cd胁迫诱导。因此，本项目为详细阐明OsHSFX调控OsNramp5表达的机制展开以下研究：1. 分析OsHSFX在OsNramp5启动子上的结合位点；2. 分析OsHSFX对OsNramp5表达的影响；3. 分析OsHSFX的表达模式和蛋白定位情况；4. 分析OsHSFX对水稻Cd吸收的影响。希望通过本项目的研究可以部分阐明水稻Cd吸收的转录调控机制。

镉（Cadmium，Cd）是一种很强毒性的重金属。水稻是人类重要的主粮，也是人体Cd摄入的主要来源。研究表明Cd主要通过Mn转运体OsNramp5进入水稻中。我们前期的RNA-Seq数据表明水稻根中OsNramp5的表达受Cd胁迫强烈抑制,然而其转录调控机制仍不清楚。通过酵母单杂交文库筛选，我们筛选到一个结合在OsNramp5启动子上的热胁迫转录因子（Heat shock factor），OsHSF1（Loc Os05g45410）。OsHSF1可特异性结合OsNramp5启动子上存在三个热胁迫元件（Heat shock element，HSE）。.水稻根中OsHSF1的表达受Cd胁迫诱导。OsHSF1是一个核定位蛋白。OsHSF1突变株系（oshsf1-1和oshsf1-2）对Cd胁迫敏感。OsHSF1突变株系的地上部分和根中的Cd和Mn（仅地上部分）浓度均显著高于对应的野生型水稻。而OsHSF1过表达植株在地上部分和根中Cd和Mn（仅地上部分）的浓度均显著低于野生型水稻WT1。.将oshsf1-1突变体和osnramp5突变体进行杂交，获得两个oshsf1-1/osnramp5（Double mutants, DM1/2）。与野生型水稻相比，DM1/2地上部分和根中Cd与Mn的含量显著降低，但与osnramp5突变体相比没有显著性差异。使用微电极离子流速分析（MIFE）技术显示osnramp5对Cd的吸收能力要低于野生型水稻，而DM1对Cd的吸收能力要和osnramp5突变体相当，这暗示了OsHSF1影响水稻根对Cd的吸收可能依赖于OsNramp5。.oshsf1-1和oshsf1-2根中OsNramp5的表达量分别是WT1和WT2的1.94倍和2.32倍。荧光素酶（Luciferase，LUC）报告实验结果表明与对照组相比，OsHSF1会显著抑制OsNramp5启动子的转录活性。与WT1相比，在OsHSF1过表达株系的根中OsNramp5的相对表达量都有显著降低。OsNramp5的表达在WT1和WT2中受到Cd胁迫的抑制，而在oshsf1-1和oshsf1-2中却未受到改变。