水稻砷液泡转运蛋白OsABCC1的关键氨基酸位点研究

With the developing human society, heavy metal pollution of soils becomes more and more serious. How to reduce the heavy metal concentration in the edible part of crops becomes one of the most important issues and hotspots in the agriculture research field. OsABCC1 is a key regulator of arsenic (As) accumulation in rice grains. The osabcc1 mutant plants exhibited 10 times more As accumulation in rice grains compared with the wild type plants, while, OsABCC1 overexpression lines accumulated less As in the grains than wild type. Thus, to reduce As accumulation in rice grains, it is important to study the regulatory mechanisms of OsABCC1 and to further increase its transport activity. Identification of the key amino acid residues is one of the key points for studying the regulation of OsABCC1. In the present project, we will screen out the key amino acid residues of OsABCC1 using multiple techniques such as GWAS analysis, conserved amino acid residues analysis etc. Furthermore, we will elucidate the detail mechanisms of the regulation of the function of OsABCC1 by the key amino acid residues. This study will be an important base for the future study of the detail regulation mechanisms of OsABCC1.

随着人类社会的不断发展，土壤重金属污染问题越来越严重。如何降低水稻等农作物可食部位的重金属含量是一个重要的农业科学问题，也是农业研究领域关注的热点。水稻OsABCC1是调节水稻籽粒中砷积累的关键蛋白。osabcc1突变体籽粒砷积累量是野生型水稻的10倍。研究OsABCC1的调控机理及如何提高OsABCC1的转运能力，对于降低水稻籽粒砷的积累、降低土壤砷污染对人体的潜在威胁、保障农产品安全具有重要的意义。本研究从研究OsABCC1的关键氨基酸位点入手，通过对GWAS分析、同源保守性分析及调控位点预测分析等手段，研究不同结构域及氨基酸位点对水稻ABCC1砷转运功能的调控、分析水稻OsABCC1中调控相关的关键调控氨基酸位点（如磷酸化、泛素化等），并结合OsABCC1结构模型预测阐明它们在OsABCC1砷转运中的作用，为进一步深入研究OsABCC1的调控机理打下基础。

耕地土壤砷污染会带来严重的农产品砷污染风险。土壤中的砷通过食物链进入人体严重威胁人体健康。水稻是我国最主要的粮食作物，也是人体摄入砷的重要来源。OsABCC1是水稻籽粒砷积累的关键转运蛋白，介导砷在液泡中的区隔。本研究通过研究水稻 OsABCC1 的自然变异决定的关键氨基酸位点以及OsABCC1 重要结构域及调控位点，筛选获得了3个关键氨基酸位点（R1089，E1086，S242）。利用酵母表达系统研究了关键氨基酸位点在OsABCC1对砷砷积累和转运中的作用。利用CRISPR技术构建并获得了OsABCC1关键氨基酸位点突变（E1086K）的水稻突变体，并分析了砷在突变体籽粒的积累以及突变体对砷的耐性情况；通过结构模拟分析发现OsABCC1关键氨基酸位点突变可能引起OsABCC1的构象改变，并讨论其可能的机理。本研究的结果可以为揭示水稻OsABCC1的调控机理提供一定的理论依据，为后期通过调控水稻OsABCC1的功能来降低水稻籽粒砷含量打下基础。