作者：童娅华
作者单位： Cnki
摘要：铁(Fe)是植物生长发育必需的矿质营养,其参与植物新陈代谢、蛋白合成等多种生理生化过程,柑橘等嫁接植物主要通过地下部砧木吸收Fe营养。在柑橘生产中,枳因具有耐寒、抗脚腐病等诸多优良特性,普遍被用作柑橘砧木。但是,枳砧也存在不耐碱的缺点,以枳为砧木的柑橘园在碱性土上缺Fe严重,导致柑橘树体衰弱、产量锐减、品质下降,生产中也难以通过施肥等措施进行有效矫治。ZIP家族蛋白被认为是Zn、Fe、Mn、Cu等多种二价金属离子的重要转运子,其参与调控植物Fe的吸收和体内平衡。本实验室在前期克隆了12个枳ZIP家族基因成员并进行了功能预测,本研究在此基础上,挑选3个可能参与Fe吸收的关键成员PtZIP1、PtZIP6和PtIRT1进行功能研究,以期为遗传改良创制耐缺Fe的柑橘砧木奠定基础。本研究以枳为实验材料,分析了PtZIP1、PtZIP6和PtIRT1在缺Fe、缺Zn下的表达模式,克隆其启动子并进行启动子元件分析,通过烟草瞬时表达分析了亚细胞定位,利用酵母的Fe、Zn、Mn吸收缺陷型突变体互补验证其离子吸收能力;此外,通过拟南芥和枳遗传转化验证其功能,对转基因拟南芥进行了详细分析。主要研究结果如下:1.PtZIP1、PtZIP6、PtIRT1在枳缺Fe、缺Zn处理下呈现出时空表达差异,总体上缺Zn、缺Fe下根中较叶中表达显著受诱导,其中PtZIP1在缺Zn根、缺Fe叶受诱导表达,而PtZIP6和PtIRT1主要受缺Fe诱导表达。2.克隆PtZIP1,PtZIP6和PtIRT1的启动子序列长度分别为1111bp,1507bp和2457bp,PtZIP1,PtZIP6,PtIRT1启动子序列与甜橙对应启动子分别为81.43%、89.39%、64.27%。PtZIP1、PtZIP6、PtIRT1启动子元件有启动子核心元件和环境应答元件,环境应答元件包括光响应元件、逆境应答元件、激素应答元件。PtZIP1、PtZIP6、PtIRT1都有Box4、BoxI、TCT-motif等一系列光响应元件。PtZIP1有启动子核心元件5’UTR-Py-rich stretch,逆境胁迫元件TC-rich repeats;PtZIP6、PtIRT1有启动子核心元件TATA-box,增强子CAAT-box、CAT-box,激素应答元件Aux-RR Core,F-box,GARE-motif,P-box等。3.PtZIP6、PtIRT1融合GFP介导烟草瞬时表达表明,PtZIP6、PtIRT1定位于细胞膜上。4.PtZIP1、PtZIP6和PtIRT1对酵母Fe(fet3fet4)、Zn(zrt1zrt2)、Mn(smf1)吸收缺陷型突变体互补分析表明:PtZIP1能吸收Fe和Zn,PtZIP6能吸收Fe,而PtIRT1能同时吸收Fe、Zn和Mn。5.获得6个PtZIP6超表达的拟南芥转基因株系,株系Z6-1、Z6-2、Z6-5、Z6-6中PtZIP6表达量较高。缺Fe胁迫下野生型叶片出现明显的黄化,而转基因植株比野生型更耐缺铁;缺Fe胁迫进一步诱导PtZIP6表达上升,其中Z6-2、Z6-6上升最显著;恢复Fe供应6 d后,叶绿素含量均上升,其中Z6-2、Z6-6上升更显著;恢复Fe供应3 d时各株系的PtZIP6表达量均显著升高,其中Z6-2、Z6-6上调显著。拟南芥转基因株系内源12个AtZIP基因以及与Fe吸收转运相关基因AtFIT、AtFRO2、AtIRT1、AtPYE的表达分析表明:缺Fe胁迫下,除了AtPYE表达在Z6-1、Z6-2、Z6-5、Z6-6株系中均上调,其他基因在各株系中表达均下调,而在恢复正常营养液后,检测的多数内源基因表达量增加,其中Z1-1、Z1-5、Z1-6株系中AtZIP1、AtZIP10、AtIRT1表达上调最为显著。6.获得4个转PtZIP1的转基因枳株系,基因表达分析表明PtZIP1在转基因株系中的表达是非转基因对照的1.3-6.0倍。
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关键词：柑橘 缺铁 转基因 ZIP基因 基因表达
文献注录：童娅华. 枳锌/铁转运蛋白PtZIP1、PtZIP6和PtIRT1的功能研究及启动子分析 [J]. . 2018.
报/刊名：《》，发表于2018
文献类型： [J]
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