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OsNRAMP5 Is a Major Transporter for Lead Uptake in Rice
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2022-11-23 , DOI: 10.1021/acs.est.2c06384 Jia-Dong Chang 1 , Weiping Gao 1 , Peng Wang 1 , Fang-Jie Zhao 1
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2022-11-23 , DOI: 10.1021/acs.est.2c06384 Jia-Dong Chang 1 , Weiping Gao 1 , Peng Wang 1 , Fang-Jie Zhao 1
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Lead (Pb) is one of the most toxic metals affecting human health globally. Food is an important source of chronic Pb exposure in humans. How Pb is taken up by rice, a staple food for over half of the global population, remains unknown. In the present study, we investigated the role of OsNRAMP5, a member of the NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) transporter family, in Pb uptake by rice roots. Heterologous expression of OsNRAMP5 in yeast increased Pb uptake and sensitivity toward Pb. Knockout of OsNRAMP5 in rice by CRISPR/Cas9 gene editing resulted in significant decreases in root uptake of Pb and accumulation in rice shoots. The maximum influx velocity (Vmax) for Pb uptake of the knockout mutants was 70% lower than that of wild-type plants. When grown in Pb-contaminated paddy soil, OsNRAMP5 knockout mutants accumulated approximately 50 and 70% lower Pb concentrations in the grain and straw, respectively, than the wild type. OsNRAMP5 expression in rice roots was not affected by Pb exposure. These results indicate that OsNRAMP5 is a major transporter for Pb uptake in rice, in addition to its role in the uptake of manganese and cadmium. This study provides a mechanistic understanding of Pb uptake in rice plants and a potential strategy to limit Pb accumulation in rice grains.
中文翻译：
OsNRAMP5 是水稻中铅吸收的主要转运体
铅 (Pb) 是影响全球人类健康的毒性最强的金属之一。食物是人类慢性铅暴露的重要来源。大米是全球一半以上人口的主食，铅是如何被吸收的仍然未知。在本研究中，我们研究了 NRAMP（自然抗性相关巨噬细胞蛋白）转运蛋白家族成员 OsNRAMP5 在水稻根系吸收铅中的作用。OsNRAMP5在酵母中的异源表达增加了铅的吸收和对铅的敏感性。通过 CRISPR/Cas9 基因编辑敲除水稻中的OsNRAMP5导致根系对铅的吸收和水稻芽中的积累显着减少。最大流入速度（V max) 对于 Pb 的敲除突变体吸收比野生型植物低 70%。当生长在受铅污染的稻田土壤中时，OsNRAMP5敲除突变体在谷物和稻草中积累的铅浓度分别比野生型低 50% 和 70%。OsNRAMP5在水稻根系中的表达不受铅暴露的影响。这些结果表明，除了在锰和镉的吸收中发挥作用外，OsNRAMP5 还是水稻吸收铅的主要转运蛋白。本研究提供了对水稻植物吸收铅的机制的理解，以及限制水稻籽粒中铅积累的潜在策略。
更新日期：2022-11-23
中文翻译：
OsNRAMP5 是水稻中铅吸收的主要转运体
铅 (Pb) 是影响全球人类健康的毒性最强的金属之一。食物是人类慢性铅暴露的重要来源。大米是全球一半以上人口的主食，铅是如何被吸收的仍然未知。在本研究中，我们研究了 NRAMP（自然抗性相关巨噬细胞蛋白）转运蛋白家族成员 OsNRAMP5 在水稻根系吸收铅中的作用。OsNRAMP5在酵母中的异源表达增加了铅的吸收和对铅的敏感性。通过 CRISPR/Cas9 基因编辑敲除水稻中的OsNRAMP5导致根系对铅的吸收和水稻芽中的积累显着减少。最大流入速度（V max) 对于 Pb 的敲除突变体吸收比野生型植物低 70%。当生长在受铅污染的稻田土壤中时，OsNRAMP5敲除突变体在谷物和稻草中积累的铅浓度分别比野生型低 50% 和 70%。OsNRAMP5在水稻根系中的表达不受铅暴露的影响。这些结果表明，除了在锰和镉的吸收中发挥作用外，OsNRAMP5 还是水稻吸收铅的主要转运蛋白。本研究提供了对水稻植物吸收铅的机制的理解，以及限制水稻籽粒中铅积累的潜在策略。
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