花生柠檬酸转运载体AhFRDL1基因的克隆与功能研究

发布时间：2017-12-08 19:08

  本文关键词：花生柠檬酸转运载体AhFRDL1基因的克隆与功能研究

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【摘要】：铝和铁在地壳中含量最多的两种金属元素。但是这两种元素对植物生长产生影响各不相同:在低pH值的酸性土壤A13+被活化,对植物生长具有毒害作用;而铁却是植物生长必须的微量元素。因此,为了抵抗铝毒胁迫又能高效的吸收利用土壤铁,植物进化出不同的分子生理机制。MATE家族的柠檬酸转运载体是植物解铝毒或铁长距离运输机制的关键因子。目前发现的柠檬酸转运载体,或调控根尖分泌柠檬酸解铝毒,或调控木质部分泌柠檬酸参与铁的长距离运输,其中只有HvMATE在大麦铝抗性品种才同时具备以上两种生物学功能,所以在大麦中不具普遍性。本研究在大田作物花生(Arachis hypogaeaL.)中发现一个柠檬酸转运载体基因,不仅具有促进铁从根系向地上部运输的功能,而且还具有促进根系抗铝毒胁迫生物学功能,通过电生理、基因定位和花生根系RNAi毛根转化试验研究表明:1.在花生根系中通过同源克隆获得AhFRDL1基因,进化树分析表明该基因属于M4TE家族,其编码的蛋白含有12个跨膜结构域。在烟草叶片表皮细胞的亚细胞定位结果表明该基因编码一个质膜蛋白。AhFRDL1基因在非洲爪蛙卵母细胞中表达,显著促进细胞向胞外分泌柠檬酸,表明花生AhFRDL1基因是编码柠檬酸转运载体的跨膜运输基因。2.花生缺铁7天强烈诱导根系和地上部AhFRDL1基因表达上调。通过原位杂交和GUS组织学定位,发现该基因主要表达于根系中柱鞘和地上部(茎和新叶)的韧皮部中,且在缺铁花生根中的表达加强,表达范围由中柱鞘细胞扩散到内皮层细胞。利用RNAi在花生根系沉默AhFRDL1基因,显著抑制木质部柠檬酸和新叶活性铁的浓度,新叶出现更严重的缺铁黄化症状。这些结果表明,柠檬酸转运载体AhFRDL1基因在花生根系中柱鞘表达,调控木质部柠檬酸分泌,从而促进根系铁向地上部运输,从分子和生理水平证明了该基因在促进花生根系铁向地上部转移的过程中发挥了重要的作用。3.该基因在花生根系明显的受铝毒诱导表达。80 μM铝浓度处理24 h的花生根尖,AhFRDL1基因表达显著上调,同时根系分泌的柠檬酸浓度显著升高。AhFRDL1基因在根系的表达部位受铝诱导,表达范围由中柱鞘细胞扩散至根尖皮层和表皮细胞。在爪蛙卵母细胞的电生理研究也表明,AhFRDL1蛋白分泌柠檬酸的活性受外界铝诱导上升。因此,柠檬酸转运载体AhFRDL1基因受铝诱导在根尖表达,促进根系分泌柠檬酸,显著提高花生根系抗铝毒的能力。4.花生AhFRDL1基因在与铁性状相关(鲁花11)和铝抗性相关(鲁花14,大白沙)的花生品种都显著的受缺铁和铝毒诱导表达,从而使得木质部和根系分泌的柠檬酸浓度增加,提高了花生在不同环境的抵抗缺铁和耐铝毒的生理生态适应性。综上所述,AhFRDL1基因同时具有调控铁从根系向地上部转移和抗铝毒的生物学功能,两种功能的实现可能受AhFRDL1基因启动子区域发现的缺铁和加铝特异诱导转录因子的调控。而且该基因的表达调控主要发生在与抗缺铁或耐铝毒的品种中,这将为通过分子育种培育优良抗性品种提供重要的理论依据和技术支撑。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S565.2;Q943.2

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1 邱巍;花生柠檬酸转运载体AhFRDL1基因的克隆与功能研究[D];中国农业大学;2017年

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本文编号：1267502