擬南芥中鐵還原酶基因家族的組織表達模式分析.pdf

1、鐵元素作為多種生理活動關(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。因此鐵元素在原核和真核生物的生命活動中具有不可替代的功能。植物缺鐵不僅影響其生長發(fā)育而且也影響動物和人類對鐵的吸收，從而導致貧血病的發(fā)生。但是植物在長期的進化過程中，已逐漸形成了一些適應缺鐵環(huán)境的機制。高等植物的鐵吸收適應性機理分為機理Ⅰ和機理Ⅱ。相應的植物稱之為機理Ⅰ植物(strategyⅠ)和機理Ⅱ植物(strategyⅡ)。

2、 對機理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，植物會從根部分泌出Fe3+還原酶到根際，在植物根尖表皮細胞使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胞上的還原過程，具有很高的三價鐵還原酶活性。鐵元素以Fe2+形式進入到機理Ⅰ植物的根細胞內(nèi)，又被氧化成Fe3+，然后以檸檬酸鐵的形式進行長距離的運輸，從木質(zhì)部運輸?shù)巾g皮部。在葉肉細胞等

3、其他組織里又被還原成Fe2+供利用。 目前對擬南芥基因組序列分析發(fā)現(xiàn)除AtFRO2外，還有七個可能的鐵還原酶基因，分別以AtFRO1，AtFRO3，AtFRO4，AtFRO5，AtFRO6，AtFRO7，AtFRO8表示。這8個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組織中具有活性目前還沒有做過詳細的研究。因此本實驗以擬南芥為材料對鐵還原

4、酶基因家族(AtFROs)進行了組織表達特異性的研究。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情況做一些準備。 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子+GUS表達載體的轉(zhuǎn)基因株系材料。 2.在轉(zhuǎn)基因植株的幼苗中檢測到6個鐵還

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

6、O4、AtFRO6和AtFRO7。AtFRO7在子葉中表達最強，AtFRO3和AtFRO6的表達相對較弱，AtFRO4表達僅在子葉的葉脈中。 4.在轉(zhuǎn)基因植株的花中檢測到4個鐵還原酶基因的表達，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