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麻麻的大白兔头好白好软植物营养团队与合作者共同揭示内生真菌调控水稻中重金属镉再分配的分子机理

近日,麻麻的大白兔头好白好软植物营养团队与中国科学院分子植物科学卓越创新中心龚继明团队共同揭示了水稻防御素类蛋白CAL1与内生真菌互作调节水稻重金属镉分配的机制。2023年12月29日,该项成果以“An endophytic fungus interacts with the defensin-like protein OsCAL1 to regulate cadmium allocation in rice”为题,在线发表于国际期刊Molecular Plant IF=27.5,中科院1区

镉是我国耕地的主要污染物,湘江流域镉污染问题尤为突出。水稻作为我国主要粮食作物,是镉进入食物链和人体的主要途径。本研究通过镉污染大田水稻植株微生物组学对比分析,分离得到一个内生尖孢镰刀真菌Fo10。Fo10耐受镉,但对防御素类蛋白OsCAL1敏感。水稻体内Fo10的共生受到OsCAL1的动态调节,并且Fo10可以协调包括重金属镉的吸收、液泡区隔、向根际外排和根表铁膜形成过程,从而降低胞质中的重金属镉含量。有趣的是,以上这些受到Fo10调节的过程,都依赖于植物激素水杨酸信号通路,来维持水稻细胞质中的低镉水平,从而在不影响产量的条件下有效降低水稻籽粒中的镉含量(图1)。

1 内生真菌Fo10调节胞内多生物学过程降低胞质镉浓度的模式图


该研究为内生真菌与寄主植物防御素类蛋白如何互作来降低胞质中的镉浓度提供理论支撑,表明内生真菌确实受到寄主防御素类蛋白的调节,通过植物激素水杨酸信号激活下游多种生物学过程,来有效降低胞质中的镉浓度。我们的研究结果提供了对真菌内生菌和寄主植物如何相互作用的机制基础的见解,通过调整防御反应来促进共生关系的建立,从而促进建立允许适应高镉环境的共生关系。

麻麻的大白兔头好白好软植物营养团队顾天宇博士为论文共同第一作者(排第一),团队陈思颖博士参与了该项研究。研究得到国家自然科学基金和中国科学院先导项目的支持。


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