【摘 要】
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玉米作为我国最主要的粮食和经济作物之一,种植面积表现出逐年递增的趋势。在土壤呈现酸性时,铝毒成为限制作物产量提高的最主要影响因子,玉米及其它作物生长受到抑制直接与Al3+的升高有关。因此,研究酸性土壤中植物铝毒的积累机制并鉴别和克隆耐铝相关基因,可以为培育高产优质的玉米新品种提供理论依据。Nramp基因家族是一类与金属离子转运相关的基因,而其家族成员Nrat1作为特异转运铝离子的蛋白起作用。水稻O
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玉米作为我国最主要的粮食和经济作物之一,种植面积表现出逐年递增的趋势。在土壤呈现酸性时,铝毒成为限制作物产量提高的最主要影响因子,玉米及其它作物生长受到抑制直接与Al3+的升高有关。因此,研究酸性土壤中植物铝毒的积累机制并鉴别和克隆耐铝相关基因,可以为培育高产优质的玉米新品种提供理论依据。Nramp基因家族是一类与金属离子转运相关的基因,而其家族成员Nrat1作为特异转运铝离子的蛋白起作用。水稻OsNrat1以及高粱Sb Nrat1都与植物耐铝毒相关,但玉米中与铝毒耐性有关的Nramp基因研究尚未见报道。本课题组前期基因芯片的研究结果发现,ZmNramp4基因受铝毒胁迫诱导,本研究通过对ZmNramp4基因进行功能研究,获得主要试验结果如下:1.ZmNramp4基因的蛋白产物有12个跨膜区,具备Nramp基因家族的主要结构特征,即都具有Leu T折叠;系统进化树显示,ZmNramp4蛋白与已报道的Al3+转运蛋白OsNrat1和Sb Nrat1位于Nramp家族的同一个亚家族（Group III）中,与其他二价金属离子转运蛋白属于不同分枝,表明这三者的亲缘关系更为接近。2.表达模式分析显示,ZmNramp4基因在自交系178成熟期植株不同组织部位表达时,叶中的表达量相对较高,在根和雌穗中有微弱的表达;ZmNramp4基因受Al3+诱导在幼苗根部上调表达,当Al3+处理24 h时,其诱导水平在根中达到最高,之后表达量有所下降,但都高于24 h之前的表达量;当用不同Al3+浓度处理时,在60μM Al Cl3浓度处理条件下基因表达水平最高;另外,ZmNramp4基因特异地被Al3+诱导上调表达,而不被其他金属阳离子(包括Cd2+,La3+,Zn2+和Cu2+)诱导,也不单独被p H诱导所改变。3.在烟草中的亚细胞定位分析表明,ZmNramp4定位于质膜上。4.在酵母中异源表达时,ZmNramp4可作为Al3+的内向转运蛋白起作用,并且和OsNrat1一样,不具有转运Cd2+的能力。在拟南芥中过量表达ZmNramp4基因时,发现其具有Al3+转运功能,能够减轻Al3+在拟南芥根中的积累,进而减轻对拟南芥根系生长的抑制,而对Cd2+没有转运功能。
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