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近日，中国农业大学资源与环境学院/国家农业绿色发展研究院袁力行教授课题组在plant physiology上在线发表了题为“tonoplast-localized transporter zmnramp2 confers root-to-shoot translocation of manganese in maize”的研究论文，揭示了zmnramp2介导的液泡锰（mn）转运过程调控玉米mn根冠运输的分子机制。
文章发表截图
mn是植物生长发育所必需的微量元素之一，是叶绿体光系统 ⅱ（psⅱ）放氧复合体（oec）的核心组份，在维持psⅱ 的光合活性与稳定性上发挥着重要作用。植物需要高效的根系mn吸收和向上运输为地上部光合作用提供充足的mn营养。与mn吸收过程相比，mn从根向地上部运输的分子机制尚不清楚。
研究人员在玉米中鉴定到一个定位于液泡膜上的mn转运蛋白zmnramp2，其编码基因的转录本主要在根中柱的木质部薄壁细胞中表达。在缺mn条件下，zmnramp2基因突变导致玉米mn根冠运输能力下降约15%-20%，地上部mn含量降低，表征叶片mn营养状况的光合参数fv/fm值大幅下降，植株生长受到抑制。原位研究mn在根中的分布发现，zmnramp2突变体根中柱细胞中滞留了大量的mn，并且木质部伤流液中mn浓度也显著下降。这些结果表明，zmnramp2转运蛋白通过介导木质部薄壁细胞中液泡mn的释放来调控mn的根冠运输。
研究人员还发现，过表达zmnramp2能显著提高转基因玉米mn的根冠运输效率，增强玉米对低mn胁迫的耐受性。尽管zmnramp2蛋白也具有重金属镉（cd）转运活性，但它并不参与玉米体内cd向地上部的运输，因此避免了遗传操作中利用zmnramp2改良玉米的耐低mn性状时所带来的cd累积问题。
综上所述，该研究发现zmnramp2转运蛋白通过介导根中柱木质部薄壁细胞的液泡mn释放来调控mn的根冠运输过程，是植物响应低mn胁迫的重要策略。该研究成果不仅证明了液泡转运过程在调控养分长距离运输中的重要作用，也为遗传改良作物耐低mn性状提供了新思路。
图1 zmnramp2蛋白调控玉米mn根冠运输的模式图
中国农业大学资源与环境学院袁力行教授为论文通讯作者，博士生郭竞选为论文第一作者。中国农科院茶叶研究所龙俐至博士，西南大学陈安乐博士，中国农业大学作物功能基因组学与分子育种中心陈丽梅副教授，中国农科院生物技术研究所王俊英副研究员等参与了研究。相关工作得到了十四五国家重点研发计划（2021yff1000500）和国家自然科学基金项目（31972484; 31801366）的资助。
论文链接：
本文转载自 《植物生理plantphysiol》微信公众号