解读人：武钰馨（山西大学生命科学学院研究生，研究方向植物钾离子通道调控机制，导师张犇）

　　植物柠檬酸盐转运蛋白在植物矿质营养吸收和体内平衡中发挥重要作用，水稻（Oryza sativa）中柠檬酸转运蛋白OsCT1​不同于目前已知的植物柠檬酸转运蛋白，OsCT1敲除（KO）系在芽和根分泌物中显示柠檬酸盐含量降低，而过表达（OE）系在根中显示出较高的柠檬酸盐渗出，同时，KO和OE系有不同的锰（Mn）分布的变化，会导致其农艺性状发生变化。

　　2023年9月1日，来自印度国家植物基因组研究所和英国约翰英纳斯中心研究团队在国际期刊The Plant Journal上以“A citrate efflux transporter important for manganese distribution and phosphorus uptake in rice”为题发表文章，发现OsCT1是一种参与调节水稻锰稳态和磷吸收的柠檬酸盐转运蛋白。

　　在本项研究中，作者对已知的MATE家族柠檬酸盐转运蛋白的序列同源性进行了比较，结果表明OsCT1是CitMHS家族的成员，它与水稻硅转运蛋白具有同源性，但与MATE家族柠檬酸盐转运蛋白没有同源性（Fig.1a）。

　　随后，作者将OsCT1与黄色荧光蛋白（YFP）融合克隆，并在本氏烟草叶和洋葱表皮细胞中瞬时表达，显示OsCT1是质膜定位蛋白。通过非洲爪蟾卵母细胞表达系统测试其对柠檬酸盐的渗透性，结果显示表达OsCT1的细胞在pH5.5和7.4时都表现出显著的柠檬酸盐流出活性（Fig.1b,c）。同时在含有柠檬酸钠的改良Barth溶液中孵育卵母细胞来测试OsCT1的内流活性，结果表明无显著性的流入活性。这些发现表明OsCT1是一种质膜定位的功能性柠檬酸盐外排转运蛋白。

　　为了揭示OsCT1在植物中的生理作用，作者分析了OsCT1在不同发育阶段的各种水稻组织中的表达情况，结果发现与幼苗早期的根相比，OsCT1在芽中高度表达（Fig.2a），与根相比，茎、叶片和叶鞘等地上部组织的转录水平较高。在生殖阶段，OsCT1表达在外膜、内膜、叶鞘和叶片中具有高度特异性（Fig.2b）。在种子阶段，OsCT1在外膜和内膜中的表达一直很高。

　　OsCT1 OE系在早期营养期比WT生长情况更好，但OE系的地上部和根部柠檬酸盐含量没有显著差异（Fig.4d），OsCT1 KO系显示延迟开花，而OE系显示早花（Fig.5e,6e）。产量性状分析显示，KO系的穗长显著减少，OE系的穗长在两个品系中都显著增加了10-15%（Fig.6c,d）。相对于WT，两个KO系的种子千粒重没有显著变化（Fig.5f），而OE系的1000颗种子重量较高（Fig.6f）。全部的农艺性状变化都使两个KO系的产量显著降低了14-36%，而OE系的产量则显著增加了20-33%（Fig.6g）。

 

　　柠檬酸盐转运蛋白对开花期矿物质营养物质向生殖组织的正常分布很重要，先前的大多数研究都强调了Fe在这些组织中的分布，本研究发现柠檬酸盐转运蛋白对其他矿物质元素也有影响。实验发现，在WT系和两个KO系中，外壳和种子的元素图谱显示Mn发生了显著变化，而P在内的其他元素基本保持不变（Fig.6h,i）。这些结果证实，OsCT1参与了所有这些测试元素中Mn的分布，在早期营养阶段主要影响P的吸收（Fig.3e,4e）。

 

　　该研究发现OsCT1在根中表达较低，但该基因组成型OE可能增加了根柠檬酸盐的分泌，促进磷吸收，KO系中的Fe、Mg和Ca含量没有受到太大影响。综上所述，本研究表明OsCT1是一种柠檬酸盐转运蛋白，参与水稻的锰稳态和磷吸收。

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