The rice heavy‐metal transporter OsNRAMP1 regulates disease resistance by modulating ROS homoeostasis

超氧化物歧化酶 过氧化氢酶 细胞生物学 生物 植物抗病性 平衡 活性氧 突变体 基因 氧化应激 微生物学 生物化学
作者
Chuanliang Chu,Renyan Huang,Liping Liu,Guilin Tang,Jinghua Xiao,Heejin Yoo,Meng Yuan
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:45 (4): 1109-1126 被引量:57
标识
DOI:10.1111/pce.14263
摘要

Crop diseases threaten food security and sustainable agriculture. Consumption of crops containing nonessential toxic metals leads to health risks for humans. Therefore, cultivation of disease-resistant and toxic metal-safe crops is a double-gain strategy that can contribute to food security. Here, we show that rice heavy-metal transporter OsNRAMP1 plays an important role in plant immunity by modulating metal ion and reactive oxygen species (ROS) homoeostasis. OsNRAMP1 expression was induced after pathogenic bacteria and fungi infections. The osnramp1 mutants had an increased content of H2 O2 and activity of superoxide dismutase, but decreased activity of catalase, showing enhanced broad-spectrum resistance against bacterial and fungal pathogens. RNA-seq analysis identified a number of differentially expressed genes that were involved in metal ion and ROS homoeostasis. Altered expression of metal ion-dependent ROS-scavenging enzymes genes and lower accumulation of cations such as Mn together induced compromised metal ion-dependent enzyme-catalysing activity and modulated ROS homoeostasis, which together contributed towards disease resistance in osnramp1 mutants. Furthermore, the osnramp1 mutants contained lower levels of toxic heavy metals Cd and Pb and micronutrients Ni and Mn in leaves and grains. Taken together, a proof of concept was achieved that broad-spectrum disease-resistant and toxic heavy-metal-safe rice was engineered by removal of the OsNRAMP1 gene.
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