基本信息
- 項目名稱：
- 鐵轉(zhuǎn)運蛋白MbNramp1 基因功能研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 為了研究MbNramp1 基因功能，通過構(gòu)建植物超表達載體，轉(zhuǎn)化模式植物擬南芥，并進行純合體的表型鑒定，進一步鑒定該基因轉(zhuǎn)運鐵的功能。結(jié)果表明轉(zhuǎn)化進MbNramp1 基因的擬南芥植株比轉(zhuǎn)化進空載體植株鐵含量高，植物黃化現(xiàn)象減弱。
- 詳細介紹：
- 【目的】研究MbNramp1 基因功能?！痉椒ā客ㄟ^構(gòu)建植物超表達載體，轉(zhuǎn)化模式植物擬南芥，并進行純合體的表型鑒定，進一步鑒定該基因轉(zhuǎn)運鐵的功能?！窘Y(jié)果】在MS 固體培養(yǎng)基中，正常供鐵即40 μM Fe 培養(yǎng)下，轉(zhuǎn)化MbNramp1 基因的植株與轉(zhuǎn)空載體對照植株根和地上部長勢無明顯差別；在低鐵脅迫即4 μM Fe 培養(yǎng)下，雖然植株長勢都明顯減弱，最明顯的地方是其葉色都出現(xiàn)不同程度的黃化現(xiàn)象，但是轉(zhuǎn)化MbNramp1 基因的擬南芥植株長勢明顯優(yōu)于轉(zhuǎn)空載體植株，其根系比轉(zhuǎn)空載體植株發(fā)達，且葉片黃化程度比轉(zhuǎn)空載體對照弱。收獲植株地上部和根系，原子吸收法測定植株鐵含量：在正常供鐵條件下，每克根干重中鐵含量增加了96 μg ；在低鐵脅迫條件下，每克根干重中鐵含量增加了202 μg ，每克地上部干重中鐵含量增加了234 μg ?！窘Y(jié)論】證明MbNramp1 編碼具有功能的鐵轉(zhuǎn)運蛋白，能夠促進擬南芥植株吸收鐵營養(yǎng)。轉(zhuǎn)化MbNramp1 基因能夠增加植株中鐵含量，從而緩解植株黃化現(xiàn)象。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 1目的：研究MbNramp1基因的功能。 2基本思路：通過實驗首先構(gòu)建pBI121植物表達載體，然后采用農(nóng)桿菌(A g robacterium tum faciens)介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化擬南芥，經(jīng)過篩選獲得轉(zhuǎn)基因植株純合體。最后對轉(zhuǎn)基因純合體和沒轉(zhuǎn)基因的擬南芥植株進行低鐵脅迫處理，觀察其表型，對照分析研究MbNramp1基因的功能。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高等植物中存在兩類參與鐵吸收的轉(zhuǎn)運蛋白: IRT/ZIP和 DMT/NRAMP。NRAMP廣泛存在于植物、微生物中，其家族基因成員在金屬離子的轉(zhuǎn)運，尤其是在鐵離子的代謝中起著重要的作用。已經(jīng)從山荊子中獲得MbNramp1基因，在低鐵脅迫時，該基因在山荊子根中加強表達；能夠使酵母鐵的突變株DDY4和DEY1453恢復(fù)突變。因此有必要進一步在植物體系中對該基因的功能展開研究。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 鐵在地殼中含量豐富，但鐵的利用率低，植物缺鐵黃葉病普遍發(fā)生。蘋果是最重要的經(jīng)濟作物之一。為了獲取更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，蘋果常常嫁接到適應(yīng)當?shù)赝寥罈l件和環(huán)境狀況的砧木上。山荊子具有極強的抗寒性，在我國北方廣泛用做蘋果砧木。但是，缺鐵黃葉病常常發(fā)生。因此克隆參與鐵營養(yǎng)代謝的相關(guān)基因并對其進行功能研究，對于研究植物缺鐵適應(yīng)性分子機制，解決植物缺鐵黃葉病有重要意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了進一步研究MbNramp1基因在植物鐵營養(yǎng)過程中的功能，展開研究如下：1）擴增出了MbNramp1 基因的編碼區(qū)，其長度為1656bp。構(gòu)建并鑒定重組質(zhì)粒。將重組質(zhì)粒和pBI 121分別轉(zhuǎn)化擬南芥。篩選陽性苗，收獲T0代種子?？强剐云桨搴Y選T1代陽性苗27株。提取陽性苗DNA，通過PCR技術(shù)進一步鑒定基因轉(zhuǎn)化成功，收獲T1代種子，單株繁殖獲得T3代純合體；2）T3代純合體植株正常供鐵與低鐵脅迫后表型鑒定結(jié)果表明，正常供鐵（40 μM Fe）下，轉(zhuǎn)基因與對照植株根和地上部長勢無明顯差別；與正常供鐵相比，低鐵脅迫下植株長勢都明顯減弱，但低鐵脅迫（4 μM Fe）下，轉(zhuǎn)基因植株的根系比對照發(fā)達，葉片黃化程度也比對照植株弱；3）T3代純合體植株正常供鐵和低鐵脅迫處理鐵含量分析結(jié)果表明，在正常供鐵條件下，每克根干重中鐵含量增加了96μg。在低鐵脅迫時，每克根干重中鐵含量增加了202μg，每克地上部干重中鐵含量增加了234μg。綜合以上結(jié)果，MbNramp1編碼具有功能的鐵轉(zhuǎn)運蛋白，能夠促進根系生長，增加根表面積，擴大植株養(yǎng)分吸收范圍，轉(zhuǎn)化MbNramp1基因能夠增加植株中鐵含量。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 結(jié)果表明，植株地上部和根系鐵含量，在正常供鐵條件下，每克根干重中鐵含量增加了96 μg ；在低鐵脅迫條件下，每克根干重中鐵含量增加了202 μg ，每克地上部干重中鐵含量增加了234 μg 。
參考文獻
- [1]韓振海,沈雋.1991.果樹的缺鐵失綠癥—文獻述評[J].園藝學(xué)報，18:323-328. [2]韓振海,許雪峰. 不同鐵效率果樹基因型研究的現(xiàn)狀和前景[J]. 園藝學(xué)年評， 1995:1-16. [3]戚金亮,韓振海,印莉萍.Nramp基因家族及其功能[J].微生物學(xué)報,2003,43(2):294-296. [4]Haihua xiao, Liping Yin, Xuefeng Xu, et al. The Iron-regulated Transporter, Isolated form Malus baccateis Involved in Fe, Mn and Cd Trafficking[J]. Annals of botany,2008,102:881-889. [5]戚金亮,柴小青,韓振海,等.植物Nramp基因及其與金屬離子轉(zhuǎn)運的關(guān)系[J].生命科學(xué),2003,15(1):47-49. [6]肖海華,印莉萍,韓振海.蘋果屬山荊子MbNramp1 基因克隆、序列與表達分析[J].園藝學(xué)報，2010,37（9）:1409-1415. [7]印莉萍,劉祥林.分子細胞生物學(xué)實驗技術(shù)[M].北京:首都師范大學(xué)出社,2001:141-145. [8]張秀琳.番茄基因JERFs的功能分析[D].北京，中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2003. [9]肖海華,印莉萍,韓振海.酵母異源互補法鑒定MbNramp1基因的功能[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010,43（16）:3375-3380. [10] 曹冬梅. 蘋果屬小金海棠缺鐵脅迫相關(guān)基因的克隆和表達分析[D]. 北京, 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2003. [11] Le Jean M, Schikora A, Mari S,et al.Aloss-of-function mutation in AtYSL1 reveals its role iniron and nicotianamine seed loading[J]. Plant Journal, 2005,44:769-782.
同類課題研究水平概述
- 山荊子（Malus baccata (L.) Borkh）具有極強的抗寒性，能夠耐-45?C的低溫，在我國北方廣泛用做蘋果砧木(Han & Shen, 1991)。為了弄清NRAMP家族基因是否在木本植物中金屬元素-鐵的吸收轉(zhuǎn)運過程中發(fā)揮著作用？本實驗擬以山荊子鐵轉(zhuǎn)運蛋白基因MbNramp1為研究對象，用模式植物擬南芥作為轉(zhuǎn)基因植物進而篩選其純合體，并對其表型進行鑒定，了解該基因與鐵轉(zhuǎn)運機制的的關(guān)系。在國內(nèi)外同類課題中處于國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平。
