水稻ABC蛋白家族成员OsABCC7参与水稻砷积累的功能解析

Rice is a major dietary source of arsenic for Chinese population. Arsenic contamination of paddy soils in some areas of southern China further exacerbates the problem, thus threatening food safety. Previous research by the applicant has shown that the expression of OsABCC7, a member of the ATP-binding cassette transporter family, was strongly repressed by arsenite, whereas arsenic accumulation in the T-DNA mutant of OsABCC7 was significantly lower than the wild type. Based on our previous work, we hypothesize that OsABCC7 is involved in arsenic accumulation in rice plant. In this project, we will investigate the role of OsABCC7 in rice by using mutants, RNAi or over-expressing lines. The expression profiles of OsABCC7 in different tissues and in response to the supply of arsenic will be quantified. The cellular and sub-cellular localization of OsABCC7 will be investigated using the promoter-GUS or GFP expression technique. The transport activities of OsABCC7 will be examined using the yeast heterologous expression system. The project aims to elucidate the expression pattern and biological functions of the OsABCC7 transporter, which should provide a theoretical basis for reducing arsenic accumulation in rice.

我国南方部分稻田受砷、镉污染较为严重，危害农产品安全。申请人在前期研究中发现水稻OsABCC7基因的表达受到砷的强烈抑制，且OsABCC7基因T-DNA突变体水稻体内砷含量显著低于野生型对照。根据前期工作，我们推测OsABCC7基因参与了水稻砷的积累过程。本课题拟在主要粮食作物水稻中首次开展可能参与水稻砷积累的ABC转运蛋白OsABCC7基因的表达调控模式与生物学功能研究。通过获取OsABCC7基因突变株以及RNAi沉默、基因超表达转基因水稻材料，结合OsABCC7基因的时空表达、亚细胞定位、酵母异源表达等研究，初步揭示OsABCC7基因在水稻中的表达调控模式和生物学功能，为阻控水稻砷积累提供理论基础。

我国南方部分稻田受砷、镉污染较为严重，危害农产品安全。本项目系统研究了OsABCC7基因的表达模式、组织及亚细胞定位、对三价砷的转运活性、基因敲除和过量表达对砷吸收和转运的效应等内容。定量表达结果表明OsABCC7基因主要在水稻根系表达且受外源三价砷的强烈抑制；组织定位结果表明OsABCC7基因主要在根系中柱细胞表达，是一个质膜定位的转运蛋白编码基因；酵母及蛙卵结果表明OsABCC7不能直接转运As(III)，但具有微弱的外排As-GS3的活性；利用OsABCC7基因T-DNA插入突变体对砷吸收和转运的的效应研究发现OsABCC7基因敲除后会显著降低水稻地上部砷的积累，同时突变体木质部伤流液中砷含量也显著低于野生型，但突变体根系中砷含量与野生型相比没有显著差异，说明OsABCC7可能在根系中柱细胞将As-巯基络合物往木质部转运过程中具有重要作用；OsABCC7基因超表达后对水稻砷积累并没有显著影响；通过对拟南芥abcc1-2突变体进行OsABCC7基因回补研究发现OsABCC7无法回补abcc1-2在砷处理下的突变表型，说明OsABCC7具有不同于AtABCC1的生物学功能。本研究初步揭示了OsABCC7基因在水稻中的表达模式和生物学功能，为阻控水稻砷积累提供理论基础。