玉米铁还原酶基因ZmFRO2的功能分析

Fe是植物生长发育过程中最重要的微量元素之一,植物缺铁会导致叶片黄化,进而影响产量。植物吸收转运铁共有两种机理,即机理I和机理II,相应的植物称为机理I植物和机理II植物,机理I植物主要包括双子叶植物和非禾本科单子叶植物,机理II植物主要包括禾本科植物。铁还原酶基因FRO(Ferric reduction oxidase)作为机理I植物中的关键基因已在多种植物中被发现与研究,包括禾本科植物水稻。为了解该基因在玉米中的功能,对玉米铁还原酶基因ZmFRO2进行了基因功能的分析,包括生物信息学分析、表达模式分析及亚细胞定位分析,证明了ZmFRO2具有铁还原酶的结构基础且与OsFRO1、MtFRO2、AtFRO6和AtFRO7具有较近的亲缘关系,ZmFRO2定位在质膜与胞质,该基因主要在叶片中大量表达,且该基因的表达受缺铁先诱导后抑制。另外,通过农杆菌介导的方法获得了过表达ZmFRO2玉米植株,对其进行铁还原酶活力及锌铁含量测定发现过表达ZmFRO2能够提高玉米根部铁还原酶活力,根部、叶片和籽粒的铁含量均有不同程度的升高。通过这些分析和测定为之后基因功能的深入研究奠定基础,进而为提高玉米铁含量提供新的功能基因和新途径。

植物铁还原酶基因FRO的研究进展

铁(Fe)是植物生长必需的微量元素,适宜的铁含量有利于植物的正常生长和发育。在吸收铁这一生理过程中,禾本科植物和非禾本科植物吸收铁的价态不同,并且铁在植物体内的运输过程也存在着二价与三价铁的相互转化。铁还原酶基因(Fe^3+chelate reductase,FRO)具有将三价铁还原成二价铁的功能。因此,在分子水平上研究FRO的具体功能具有非常重要的意义。综述了拟南芥、番茄、大豆、水稻、花生及蒺藜苜蓿等FRO基因在亚细胞定位、还原对象、诱导条件及调控或影响因素等方面的研究进展,以期为后续研究铁的吸收机制奠定理论基础。

缺铁胁迫下4种果树砧木中三价铁螯合物还原酶基因的表达(英文)

用活力染色法观测 4种果树砧木中FCR基因表达的结果表明 ,小金海棠 (M .xiaojinensis)和香橙 (C .junos)在缺铁胁迫下根吸收区FCR活性明显增强 ,增强幅度显著强于丽江山荆子 (M .rockii)和枳 (P .trifoliata)。用拟南芥的FCR基因 (FRO2 )做探针 ,进行组织印迹的RNANorthern杂交。结果表明 ,在缺铁胁迫下 ,在小金海棠和香橙中均有与FRO2类似基因的强烈表达 ,而在同样胁迫条件下的枳和丽江山荆子中表达却很微弱。这种分子水平上的反应与通常所熟知的生理反应是一致的 ,说明小金海棠和香橙忍耐缺铁环境的生理机制和分子基础类似 ,FCR在它们忍耐缺铁的生化反应中起着非常重要的作用 ,FCR基因在 4种果树砧木中的表达水平高低与它们忍耐缺铁的能力呈现正相关。并且 ,在小金海棠和香橙的根、茎、叶等营养器官的特定组织细胞中 ,均能检出高水平的FCR基因转录产物 。

Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因插入失活载体的构建

合成气/富CO废气发酵制乙醇是一项新的乙醇生产技术。该技术能以生物质、有机废物气化产生的合成气(主要成分CO,CO2和H2)或炼钢厂的废气为原料,利用特殊的微生物将其发酵为乙醇,因而在生物质、富CO废气及一些有毒或难降解的有机废物利用上将发挥重要作用。Clostridium ljungdahlii是最早发现也是研究得最多的合成气乙醇发酵菌株,其全基因组序列已报道。乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶是Clostridiumljungdahlii乙醇合成过程中催化乙酸/乙醛转化的一个重要的酶。本研究根据Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因序列设计了Ⅱ型内含子插入识别位点及相关引物,其最适插入位点为基因的有义链第360与361位核苷酸之间,之后采用重叠延伸PCR法扩增了内含子的IBS,EBS1d和EBS2序列,在质粒pMTL007的基础上构建了用于Clostridium ljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因插入失活的质粒pMTL007-Clj-aor-360s,经酶切和DNA测序验证,再转化含质粒pMCljS的大肠杆菌E.coli XL1-blue,利用氯霉素和奇霉素双抗性筛选获得了经甲基化修饰的目的质粒,可用于下一步电转化Clostridium ljungdahlii以构建Clostridiumljungdahlii乙醛铁氧还蛋白氧化还原酶基因失活的基因工程菌。

杜梨根系铁吸收关键基因生物信息学分析及缺铁胁迫对其表达的影响

为了探究缺铁胁迫对杜梨根系铁吸收关键基因表达的影响,对杜梨根系铁吸收关键基因三价铁还原酶(Pb FRO2)基因和铁转运蛋白(Pb IRT1)基因的氨基酸序列进行了多重序列比对和进化树分析;采用改良的Hoagland营养液水培杜梨的方法,研究了缺铁胁迫对杜梨根系Pb FRO2和Pb IRT1基因相对表达量以及根系铁和锌含量的影响。结果表明,Pb FRO2蛋白具有还原酶特性,Pb IRT1蛋白属于二价金属离子转运蛋白家族—ZIP家族;缺铁胁迫9 d内,杜梨根系Pb FRO2和Pb IRT1的表达量整体上呈现出先升高后降低的趋势,胁迫3 d表达量达到最高点且与对照(加FeEDTA)差异显著;缺铁胁迫30 d,杜梨根系中铁含量比对照降低77.46%,而锌含量提高1 139.40%。综上可知,缺铁胁迫可诱导杜梨根系铁吸收关键基因表达量升高,进而促进二价金属离子转运蛋白的活性提高。

柑橘主要砧木品种耐缺铁特性及FRO基因启动子特性分析

分析了目前柑橘果园中常用砧木以及具砧木价值的17个柑橘砧木品种的耐缺铁特性,筛选出缺铁响应较强的铁螯合还原酶基因(FRO),分析了不同品种中受缺铁诱导铁螯合还原酶基因的上游调控区序列特征和缺铁诱导特性.结果表明:17个柑橘砧木品种中枳柚、资阳香橙和枳雀为耐缺铁类型,莽山野柑、红橘、朱橘、酸橘、扁平橘、土橘、枳、兴义大红袍和皱皮橘属于缺铁敏感型,枳橙、汕头酸橘、兰卜莱檬、枸头橙和黄木黎檬属于中间型.在克里曼丁橘(Citrus clementina)基因组中CcFRO1,CcFRO2和CcFRO3基因表达受缺铁诱导明显,在柑橘砧木品种中,CcFRO1和CcFRO3基因的上游调控序列存在较大差异.缺铁条件下,耐受型启动子在植株中表达特性发生明显改变,而敏感型启动子表达特性则不受缺铁影响.研究结果表明,柑橘砧木耐缺铁特性可能与铁螯合还原酶基因上游调控区有关,为选育耐缺铁柑橘砧木品种提供了理论基础.

机理Ⅰ植物铁吸收与运输的分子机制

铁虽然在地壳中的含量很高,但生物有效性非常低,植物如何适应缺铁胁迫一直是植物营养与植物逆境生理领域研究的热点问题。近两年来,人们对于植物,尤其是机理Ⅰ植物适应铁胁迫的机制又有了新的认识,铁还原酶基因的表达部位除根系外,在地上部、花等器官也能够检测到;IRT1基因是机理Ⅰ植物主要的Fe(Ⅱ)运输基因;烟碱酰胺在铁的长距离运输中起到重要作用。本文从还原、吸收、长距离运输及对这些过程的调控等方面综述了近年来有关机理Ⅰ植物适应铁胁迫的研究进展,并对将来的研究方向进行了初步展望。

CjFRO2在转基因枳中的整合与表达

三价铁螯合物还原酶(Ferric-chelator reductase,FCR)在植物对三价铁的吸收过程中起着关键作用,导入外源三价铁螯合物还原酶基因是改良植物耐缺铁能力的有效途径。香橙(Citrus junos Sieb.ex Tanaka)是目前表现最好的柑橘耐缺铁砧木之一,在铁胁迫时,香橙三价铁螯合物还原酶基因(CjFRO2)在根尖表皮细胞中高效表达,根系三价铁还原活性显著增强。以枳[Poncirus trifoliata(L.)Raf.]上胚轴为材料,利用根癌农杆菌介导法将CaMV 35S-CjFRO2基因表达单元导入枳基因组中,拟通过CjFRO2基因在转基因枳中的组成型表达,提高转基因枳的铁吸收能力。经过PCR检测,Southern杂交分析,获得4个单拷贝的转CjFRO2基因枳株系PF2、PF3、PF5和PF8。Real-TimePCR分析表明,CjFRO2基因在4个转基因枳株系中都能有效表达,并在其无性繁殖后代中也能够稳定表达。为培育耐缺铁优良柑橘砧木新品种奠定了基础。