擬南芥中鐵還原酶基因家族的組織表達(dá)模式分析.pdf

1、鐵元素作為多種生理活動(dòng)關(guān)鍵酶的輔基參與了DNA的合成、光合作用、呼吸作用和激素的合成等基本生命活動(dòng)。因此鐵元素在原核和真核生物的生命活動(dòng)中具有不可替代的功能。植物缺鐵不僅影響其生長發(fā)育而且也影響動(dòng)物和人類對(duì)鐵的吸收，從而導(dǎo)致貧血病的發(fā)生。但是植物在長期的進(jìn)化過程中，已逐漸形成了一些適應(yīng)缺鐵環(huán)境的機(jī)制。高等植物的鐵吸收適應(yīng)性機(jī)理分為機(jī)理Ⅰ和機(jī)理Ⅱ。相應(yīng)的植物稱之為機(jī)理Ⅰ植物(strategyⅠ)和機(jī)理Ⅱ植物(strategyⅡ)。

2、 對(duì)機(jī)理Ⅰ植物而言，F(xiàn)e3+還原成Fe2+是植物從土壤中吸收鐵元素和在體內(nèi)生理代謝的必需過程。在低鐵的條件下，植物會(huì)從根部分泌出Fe3+還原酶到根際，在植物根尖表皮細(xì)胞使Fe3+還原成Fe2+。擬南芥中克隆的AtFRO2基因編碼的產(chǎn)物參與了鐵元素在根表皮細(xì)胞上的還原過程，具有很高的三價(jià)鐵還原酶活性。鐵元素以Fe2+形式進(jìn)入到機(jī)理Ⅰ植物的根細(xì)胞內(nèi)，又被氧化成Fe3+，然后以檸檬酸鐵的形式進(jìn)行長距離的運(yùn)輸，從木質(zhì)部運(yùn)輸?shù)巾g皮部。在葉肉細(xì)胞等

3、其他組織里又被還原成Fe2+供利用。 目前對(duì)擬南芥基因組序列分析發(fā)現(xiàn)除AtFRO2外，還有七個(gè)可能的鐵還原酶基因，分別以AtFRO1，AtFRO3，AtFRO4，AtFRO5，AtFRO6，AtFRO7，AtFRO8表示。這8個(gè)基因分別分布在第一和第五染色體，序列之間的相似性很高，具有所有的鐵還原酶的特征，有一定的鐵還原酶活性。但是這些基因究竟在植物體的哪個(gè)組織中具有活性目前還沒有做過詳細(xì)的研究。因此本實(shí)驗(yàn)以擬南芥為材料對(duì)鐵還原

4、酶基因家族(AtFROs)進(jìn)行了組織表達(dá)特異性的研究。期望了解哪些還原酶基因參與了鐵在植物體不同組織中的還原過程，為進(jìn)一步研究這些基因的功能打下基礎(chǔ)。此外我們利用基因槍轉(zhuǎn)化法將擬南芥中鐵還原酶基因AtFRO2轉(zhuǎn)入到普通小麥基因組，為研究雙子葉植物基因在禾本科中的表達(dá)情況做一些準(zhǔn)備。 主要研究結(jié)果如下： 1.獲得了一批擬南芥鐵還原酶基因啟動(dòng)子+GUS表達(dá)載體的轉(zhuǎn)基因株系材料。 2.在轉(zhuǎn)基因植株的幼苗中檢測(cè)到6個(gè)鐵還

5、原酶基因的表達(dá)，分別是AtFRO2，AtFRO3、AtFRO5、AtFRO6、AtFRO7和AtFRO8。其中AtFRO2、AtFRO3和AtFRO5表達(dá)受到低鐵誘導(dǎo)。AtFRO2與AtFRO3主要在根部表達(dá)，AtFRO5、AtFRO6、AtFRO7與AtFRO8主要在地上部表達(dá)。其中AtFRO7在表皮毛中表達(dá)很強(qiáng)，AtFRO8的表達(dá)僅限于葉脈。 3.在轉(zhuǎn)基因植株的子葉中檢測(cè)到4個(gè)鐵還原酶基因的表達(dá)，分別是AtFRO3、AtFR

6、O4、AtFRO6和AtFRO7。AtFRO7在子葉中表達(dá)最強(qiáng)，AtFRO3和AtFRO6的表達(dá)相對(duì)較弱，AtFRO4表達(dá)僅在子葉的葉脈中。 4.在轉(zhuǎn)基因植株的花中檢測(cè)到4個(gè)鐵還原酶基因的表達(dá)，分別是AtFRO2、AtFRO5、AtFRO6和AtFRO8。AtFRO2活性主要在花藥和花絲，AtFRO5主要在花萼，AtFRO6主要是集中在花瓣、花絲和柱頭，AtFRO8主要在花梗。 5.利用基因槍轉(zhuǎn)化小麥幼胚，在100-40