紫花苜蓿MsMATE1基因克隆及其抵御铁胁迫功能的鉴定

多药和有毒化合物外排转运蛋白MATE能转运金属、激素、次生代谢物等多种底物,因而在植物的生长发育中发挥重要作用。本研究基于紫花苜蓿(Medicago sativa L.)基因组数据和缺铁胁迫的转录组数据,克隆获得紫花苜蓿MsMATE1及pMsMATE1启动子(GenBank登录号分别为MN547958和MT505313)。MsMATE1基因长1470 bp,编码489个氨基酸。系统进化分析表明,紫花苜蓿MsMATE1蛋白属于mate家族,与蒺藜苜蓿MtMATE(XP013453190.1)亲缘关系最近。生物信息学分析表明,MsMATE1具有典型的MATE_like超家族结构域,属于H+势驱动的真核亚类;MsMATE1为跨膜蛋白,二级结构的主要构成元件是α螺旋。pMsMATE1启动子长1598 bp,序列分析显示内含多个植物激素和逆境胁迫响应元件。MsMATE1在紫花苜蓿幼苗的根茎叶中都有表达,茎中的表达量最高。高铁和缺铁胁迫下,MsMATE1基因在紫花苜蓿幼苗各部位的表达显著上调,茎中上调最明显。高铁和缺铁胁迫,转MsMATE1基因烟草的3种抗氧化酶活性、叶绿素和可溶性蛋白含量显著增加,丙二醛含量显著降低。以上结果表明,MsMATE1在烟草中的异源表达提高了植物抵御高铁和缺铁胁迫的能力。MsMATE1可以作为应用基因工程方法改良植物铁胁迫耐受的重要候选基因,本研究为深入了解MsMATE1蛋白在植物响应铁胁迫中的分子机制奠定基础,MsMATE1基因应对其他金属胁迫或环境胁迫的功能有待于进一步鉴定。