[发明专利]与植物耐缺铁相关的蛋白及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及与植物耐缺铁相关的蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

高等植物为了适应缺铁胁迫，在长期进化过程中逐渐形成了两种铁吸收机理： 机理I和机理II，机理I涉及的植物主要包括非禾本科植物，机理II涉及的植物主 要包括禾本科植物，机理I和机理II涉及的植物中同时存在一种重要的铁素螯合物 -尼克烟酰胺(NA)。由于铁元素的不稳定性和对细胞的毒害作用，植物体内的铁 必须与螯合物形成复合物才能被运输和分配。在机理II植物中，NA是植物体内高铁 载体-脱氧麦根酸类物质(MAs)的合成前体(Higuchi K，et al.Cloning of nicotianamine synthase genes，novel genes involved in the biosynthesis of phytosiderophores.Plant Physiol，1999，119(2)：471～480)；机理I植物不产生也不利用MAs，但它可能与Fe²⁺等二价金属离子结合并被YSL转运到或运出不同的细胞或器官，参与非特异金属离 子的长距离转运(DiDonato Jr R.J.，et al.Arabidopsis yellow stripe-like2(YSL2)：a metal-regulated gene encoding a plasma membrane transporter of nicotianamine-metal complexes.Plant J.2004，39：403～414；Curie C，et al.A loss-of function mutatinn in AtYSL1 reveal its role in iron and nicotianamine seedloading.Plant J.2005，44： 769～782)。在两种铁吸收机理植物中，存在同样的NA生物合成途径：即以L-蛋氨 酸为底物，在S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)催化下合成S-腺苷甲硫氨酸(SAM)， SAM再在NA合成酶(Nas)的作用下合成NA。Nas已在多种植物，如：烟草、大麦中 被克隆到，并已证明其积极响应缺铁胁迫(Inoue H，et al.Three rice nicotianamine synthase genes，OsNAS1，OsNAS2，and OsNAS3 are expressed in cells involved in long-distance transport of iron and differentially regulated by iron.Plant Journal.2003， 36：3，366～381；Negishi T，et al.cDNA microarray analysis of gene expression during Fe-deficiency stress in barley suggests that polar transport of vesicles is implicated in phytosiderophore secretion in Fe-deficient barley roots.Plant Journal.30(1)：83-94)。作为 NA合成的重要前体SAM，其合成的限速酶基因是否参与植物的缺铁应答，以及以何 种方式响应便成为目前的研究目标。

苹果属小金海棠(Malus xiaojinensis)是一种铁高效基因型植物，现已通过2D 技术检测到缺铁胁迫条件下，小金海棠根部铁元素表达模式发生变化的两个蛋白属 于SAMS家族成员(郭函子.缺铁胁迫下小金海棠根特异蛋白的表达鉴定及MxSAMS 基因克隆：[博士学位论文].北京：中国农业大学，2005)，同时通过差异筛选缺 铁胁迫条件下构建的小金海棠消减cDNA文库也得到SAMS的EST片段(张玉刚，等. 抑制性消减杂交分离苹果缺铁诱导的相关基因.园艺学报.2007，34(3)：555-560)；另 外，在超表达AtSams1的烟草中，SAMS基因由于受到共抑制，转基因植株表现出明 显的缺铁黄化症状。因此，可以推测SAMS基因与植物缺铁相关，可能参与植物体 内铁的运输和利用过程。

S-腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine synthetase，SAMS EC 2.5.1.6)是植 物代谢过程中的一个关键酶，能催化甲硫氨酸与ATP生物合成S-腺苷甲硫氨酸 (SAM)。