《解析鋁脅迫誘導飯豆根尖檸檬酸分泌的調控途徑》是依託浙江大學，由楊建立擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：解析鋁脅迫誘導飯豆根尖檸檬酸分泌的調控途徑
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：楊建立
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋁毒是限制酸性土壤作物生長的主要因子之一。鋁誘導植物根系分泌有機酸是多數植物最為重要的耐鋁機制。雖然位於細胞質膜上的對有機酸具有通透性的通道蛋白是鋁脅迫下有機酸分泌所必須的，但是越來越多證據表明這些通道蛋白的表達和功能受到一個複雜的信號通路的調控。本項目以鋁誘導飯豆根系檸檬酸分泌為基礎，以鋁信號開始到檸檬酸分泌這個過程存在幾個小時的時間滯後期為切入點，從基因組學，蛋白質組學，生理學等角度來研究這一過程中的變化因子；同時從飯豆根系中的檸檬酸轉運蛋白本身入手研究基因和蛋白表達的調控以及對該基因上游序列的克隆分析；並通過對幾個關鍵的因子作轉基因驗證。首次系統的開展了鋁誘導植物根系有機酸分泌的調控途徑的研究，可望對植物耐鋁機製作出更新和更全面的闡述。本項目的開展不僅極大的豐富了植物耐鋁的分子生理機制，而且為研究耐鋁基因遺傳進化，以及通過生物工程手段提高作物耐鋁性提供科學依據。
結題摘要
飯豆是一種能在酸性鋁毒土壤上良好生長的作物。生理學研究表明飯豆的耐鋁機制是通過根尖檸檬酸的分泌從而將鋁排斥於共質體之外。為解析飯豆鋁脅迫下檸檬酸分泌的調控機制，本項目通過轉錄組分析和目的基因功能驗證等對鋁脅迫誘導飯豆根尖檸檬酸分泌的調控途徑有了進一步的理解，主要研究結果概括如下：獲得VuMATE1全長cDNA，將該基因異源表達於非洲爪蟾卵母細胞中證實該基因編碼的蛋白質對檸檬酸具有通透性；將該基因轉到番茄中發現轉基因番茄具有分泌檸檬酸的功能；成果發表於Plant Cell Environment上（2011,34:2138-2148）。通過構建抑制差減雜交文庫獲得低鋁（5 μM）誘導上調和高鋁（25 μM）誘導上調基因107個和86個，獲得低鋁（5 μM）誘導下調和高鋁（25 μM）誘導下調基因106個和101個；通過轉錄組比較分析，確定了一些可能與檸檬酸分泌有關的基因，主要為VuMATE1，VuMATE2，VuSTOP1；以上結果已被Plant Cell Environment錄用。通過檸檬酸分泌時間回響發現鋁誘導檸檬酸分泌分為兩個階段，VuMATE1負責後期分泌，而VuMATE2可能參與前期分泌；RT-PCR分析表明VuMATE2組成型表達於根尖，鋁處理可誘導VuMATE2表達增強，將VuMATE2超表達於擬南芥發現轉基因株系耐鋁性增強，這部分工作仍在進一步完善中。蛋白翻譯抑制劑預處理後VuMATE1表達被抑制，表明VuMATE1表達需要蛋白的重新合成；而在鋁預處理後再用蛋白翻譯抑制劑處理則發現寧檸檬酸分泌受到抑制，說明VuMATE1轉錄後調控也是檸檬酸分泌所必需的；蛋白激酶和蛋白磷酸酶抑制劑研究表明蛋白可逆磷酸化不僅是VuMATE1轉錄調控所必需，而且參與VuMATE1翻譯後蛋白活性的調控；該成果發表於Journal of Experimental上（2013，64：1795-1804）。獲得VuSTOP1全長cDNA，該蛋白具有保守的Cys2His2結構域，與水稻ART1和擬南芥STOP1同源；基因表達分析表明該基因組成型表達於根尖，鋁處理後表達進一步增強；將該基因導入擬南芥stop1突變體發現，可部分回復stop1對鋁的敏感性，卻可極大的回覆stop1對酸的敏感性；表明該基因主要功能為抗酸害而不是抗鋁毒害，這部分工作仍在進一步完善中。
