文章標題：OsNRAMP5的弱等位基因在水稻中可以適度吸收鎘，同時防止錳的缺乏。

01、研究背景

大米中的鎘(Cd)是人鎘攝入的主要來源。在與水稻Cd積累有關的幾個基因中，OsNRAMP5功能的缺失可以通過抑制根系吸收而有效降低籽粒鎘的濃度。但OsNRAMP5也是一個主要的錳轉(zhuǎn)運體，因此選育不引起子粒嚴重缺錳的情況下降低籽粒Cd濃度的水稻品種十分重要。

02、研究目的

文章鑒定了一個新的OsNRAMP5等位基因，其337位的谷氨酰胺(Q)被賴氨酸(K)取代，該等位基因表型為對缺錳表現(xiàn)出較強的抗性。通過在酵母細胞驗證表明該突變位點是OsNRAMP5功能的關鍵位點之一。

03、研究結(jié)果

1> 通過對突變體進行鑒定，文章發(fā)現(xiàn)Q337K突變體1009堿基C被A取代，蛋白質(zhì)中337位谷氨酰胺(Q)突變?yōu)橘嚢彼?K)。表型鑒定顯示Q337K突變體適度降低Cd和Mn含量，Q337K還未完全喪失OsNRAMP5的功能。結(jié)果表明Q337K是一個弱OsNRAMP5等位基因。

2> 通過將Q337K等位基因轉(zhuǎn)化到Cd轉(zhuǎn)運液泡缺陷的酵母菌株Δycf1和Mn吸收缺陷的酵母菌株Δsmf1中。在轉(zhuǎn)化OsNRAMP5-Q337K的Δycf1酵母菌株在添加Cd后，酵母細胞生長要優(yōu)于野生型。在轉(zhuǎn)化OsNRAMP5-Q337K的Δsmf1酵母菌株，在添加螯合的Mn后，酵母細胞生長微弱相比較于野生型。所以Q337K等位基因在Cd和Mn的攝取上保留了OsNRAMP5較弱的功能。

3> 在Q337K突變體、敲除株系和野生型中，Q337K突變體缺Mn的表型要優(yōu)于突變體。經(jīng)過元素檢測Q337K突變體和敲除株系莖部Fe濃度都較低，而在Mn水平較低的敲除株系中根部鐵濃度顯著高于野生型。而且Q337K突變體和敲除株系在Zn和Cu濃度上均表現(xiàn)出相對于野生型的差異，但其影響不像對Mn濃度的影響那么顯著。

4> 在Cd處理條件下，野生型與Q337K突變體、敲除株系相比根和莖中的Cd含量明顯更多，而且高Cd濃度處理會抑制了根對Mn的吸收和轉(zhuǎn)運。但由于OsNRAMP5突變體蛋白功能較弱，Q337K突變體和敲除株系在高濃度Cd處理條件下Mn的濃度沒有變化。

5> 在大田中Q337K突變體植株與種子性狀與野生型和敲除株系無顯著差異。但Q337K突變體子粒和秸稈中Cd含量要低于野生型，Mn含量要高于敲除株系。

6> 文章推測Q337K突變位點是OsNRAMP5蛋白功能結(jié)構域，因此通過點突變將Q337位點突變分別用18種氨基酸替換，并轉(zhuǎn)入酵母菌Δycf1和Δsmf1中。結(jié)果表明，突變Q337位點不會改變蛋白對Cd和Mn的選擇性，而且Q337K突變類型的蛋白活性在18種突變中是中等類型。

7> 為了探究Q337不同突變類型對酵母細胞金屬敏感性的影響，文章使用基于深度卷積神經(jīng)場(DeepCNF)的RaptorX-Property工具進行蛋白質(zhì)二級結(jié)構預測，并利用TMHMM 2.0在線工具預測蛋白跨膜結(jié)構。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Q337的突變改變了OsNRAMP5的跨膜螺旋結(jié)構，表明Q337位點可能影響蛋白質(zhì)的二級結(jié)構特性。最后使用AlphaFold 2預測OsNRAMP5蛋白的三維結(jié)構，并利用在線工具Dali服務器與DraNRAMP（6D91）和ScaNRAMP（4WGW）蛋白進行結(jié)構比較，發(fā)現(xiàn)OsNRAMP5與這兩個蛋白具有較高的相似性，其中Q337臨近的TMH8結(jié)構域含有有一段高保守序列，對維持蛋白形態(tài)和開關細胞具有重要作用，表明Q337在金屬離子轉(zhuǎn)運中發(fā)揮重要作用。

結(jié)論

雖然Q337位點引起的OsNRAMP5的構象變化有待進一步研究，但可以通過基因組編輯手段編輯OsNRAMP5中Q337的位點可以培育出具有不同金屬轉(zhuǎn)運活性的水稻植株。