Nramp调控小麦吸收重金属镉的分子机制研究进展

摘要

镉为耕地典型高毒重金属污染物，迁移与富集能力强，极易被小麦吸收并通过食物链危害人体健康。自然抗性相关巨噬细胞蛋白（Natural resistance-associated macrophage protein，Nramp）是生物体内保守跨膜转运蛋白，调控植物Cd2+等二价金属离子吸收、转运与细胞稳态平衡。采用文献综述法梳理Nramp家族蛋白结构、进化特征，系统总结小麦Nramp基因介导镉吸收积累的分子调控通路。结果表明：植物Nramp蛋白含12个保守跨膜螺旋，小麦基因组已鉴定至少15个Nramp家族成员，划分为两大进化分支；根系细胞膜定位TaNramp1、TaNramp3分别介导高、低浓度Cd2+吸收，抑制TaNramp1可使小麦根系镉吸收速率下降40%～60%；TaNramp2负责根系镉向中柱转运，TaNramp5调控木质部镉装载，敲除TaNramp5可显著降低小麦地上部镉积累；液泡膜TaNramp4介导胞内镉区室化储存，TaNramp7参与灌浆期籽粒镉韧皮部转运。Nramp多基因协同完成小麦镉吸收、体内转运、器官分配全过程，将Nramp基因改良与土壤钝化、叶面阻控等农艺措施相结合，可为黄淮海低镉小麦种质培育提供理论支撑。