基于同步辐射的水稻茎节Ⅰ调控籽粒Zn、Cd累积机制探究

NodeⅠis responsible for the process of grains zinc and cadmium transportation and accumulation. Transporter OsHMA2，OsLCT1 and OsZIP3, which are localized in nodeⅠ,play important roles in the process of heavy meatal transportation. However, the regulation mechanism in the cellular and molecular level is still required to be investigated. Understanding the regulation mechanism of zinc and cadmium in nodeⅠis of great significance. We propose to employ micro X-ray fluorescence（μ-XRF）and micro X-ray absorption near edge structure(μ-XANES) to analysis the dynamic procedure of changing in concentration, distribution and chemical formation of zinc and cadmium in the micro sector of nodeⅠand grains of different mutant rices. Making use of the accurate dissection of laser capture microdissection technology to separate the cells of parenchyma cell bridge from other tissues; then combined with RNAseq to interpret genes` new functions in regulating zinc and cadmium transportation within nodeⅠ. We will elucidate the molecular mechanism of OsHMA2，OsLCT1 and OsZIP3 regulating grains zinc and cadmium accumulation in rice nodeⅠ. Our results will establish the academic foundation and provide a technical support for molecular designing and breeding of the high zinc and low cadmium accumulation of rice in the future.

水稻茎节Ⅰ调控籽粒Zn、Cd转运和累积过程，转运蛋白OsHMA2、OsLCT1、OsZIP3在其中起关键作用。然而，其主要调控机制依然不清楚。研究茎节Ⅰ的Zn、Cd调控机制对于提高籽粒Zn含量和降低Cd累积具有重要的意义。本项目拟利用微束X射线荧光成像技术（μ-XRF）和微束X射线吸收近边结构（μ-XANES）分析不同基因突变体植株的茎节Ⅰ和籽粒等微区中的Zn、Cd含量、分布和化学形态的变化；利用激光捕获显微切割技术（LCM）的精确分离特性，分离薄壁细胞桥的细胞，与转录组测序技术联用，发掘茎节Ⅰ中的基因新功能。最终阐释水稻茎节Ⅰ中OsHMA2、OsLCT1、OsZIP3基因调控籽粒Zn、Cd累积的分子机制，为高Zn、低Cd累积的水稻分子设计育种奠定理论基础和提供技术支持。

粮食作物的产量和品质直接关系到我们人类的身体健康和社会的和谐稳定，而日益严重的重金属污染则增加了公众对于粮食安全的担忧。因此如何降低植物中的Cd含量，并相应提高植物可食用部分的Zn含量成为了相关领域研究人员的关注重点。本课题的主要内容是研究参与Cd、Zn转运的转运蛋白在植物中的共同作用及工作机制。首先，我们构建不同的转运蛋白的单独过表达及共同过表达的转基因植株，并经DNA 水平及RNA 水平鉴定过表达植株；接着，我们通过研究转基因植株对重金属在的底物转运活性，明确了转运蛋白的单独过表达及共同过表达的转基因植株在不同生长发育时期对Zn2+/Cd2+的吸收及转运特异性；然后通过微束X射线荧光成像技术（μ-XRF）研究不同生长发育时期的转基因植物的金属累积特性、分布规律；最后，通过生理生化实验对转运蛋白过表达植物株系的重金属耐受性及抗逆性进行分析，探讨了Cd、Zn转运蛋白调控转基因植株的Zn、Cd 累积的分子机制。