橡胶树胶乳镁离子转运蛋白基因的克隆及其功能分析

Magnesium ion is the most important divalent cation in the latex of Hevea brasiliensis, it influences two key factors of rubber yield: the regenerative ability of latex between two tappings and the flow duration after tapping. Magnesium ion is the cofactor of many enzymes, including the enzymes related to glucidic metabolism and rubber synthesis, magnesium ion improve the regenerative ability of latex, is the positive factor of rubber yield. But the high magnesium ion concentration in the lutoid of latex (about 8 tiems higher than in cytosol) promote the aggregation of latex, decrease the flow duration, is the negative factor of rubber yield. Magnesium transporters are responsible for the transmembranes transport of magnesium, and the main channels that magnesium influx and eflux latex cells and lutoids. we have cloned the full cDNA of five magnesium transporter genes, we will continue to clone the rest magnesium transporter genes. Based on the research of these genes on the transcriptional,translational and celluar level,we hope to get the key magnesium transporter genes. we will explore how the key magnesium transporter genes regulate the magnesium homeostasis between latex cytosol and lutoid, and further regulate the rubber synthesis and the aggregation of latex. We hope to obtain one or more magnesium transporter genes that relate to rubber yield and aggreation of latex, provide important genes for molecular assistant breeding and transgene in Hevea brasiliensis.

镁离子是橡胶树胶乳中最重要的二价阳离子，同时影响橡胶产量的两个关键因素：胶乳再生能力和排胶时间。镁离子作为许多酶包括糖类代谢和多种橡胶合成关键酶的激活剂，促进橡胶生物合成，增强胶乳再生能力，是影响橡胶产量的正因素；而胶乳黄色体内高浓度的镁离子(约是胞质镁离子浓度的8倍)又促进了割胶后胶乳的凝固，减少了橡胶树的排胶时间，是影响橡胶产量的负因素。镁离子转运蛋白负责镁离子的跨膜运输，是镁离子进出乳管细胞和黄色体的关键通道。在已克隆5个橡胶树镁离子转运蛋白基因的全长cDNA的基础上，全面克隆橡胶树镁离子转运蛋白基因，从转录、翻译与细胞水平研究镁离子转运蛋白的表达特点，筛选出关键的镁离子转运蛋白基因，通过研究关键镁离子转运蛋白基因如何调控胶乳细胞质和黄色体的镁离子动态平衡，进而参与橡胶合成和胶乳凝固的调控，最终获得橡胶树产量相关的镁离子转运蛋白基因，为橡胶树分子辅助育种和转基因提供重要的靶标基因。

天然橡胶的主要来源于橡胶树的胶乳，而镁离子是橡胶树胶乳中最重要的二价阳离子，同时影响胶乳产量的两个关键因素：胶乳再生能力和排胶时间。已有研究表明，镁离子浓度与胶乳产量呈负相关，过高的镁离子浓度会抑制与胶乳合成相关的酶类，割胶后促进胶乳凝固。镁离子转运蛋白负责镁离子的跨膜运输，是镁离子进出乳管细胞和黄色体的关键通道。我们首次从橡胶树中克隆了11个镁离子转运蛋白基因的全长cDNA序列。基因表达分析表明，割胶处理，HbMGT基因家族的表达量都成下降趋势。HbMGT9A是胶乳中表达丰度最高的HbMGT基因，其可能定位于黄色体膜上，通过和其它HbMGT基因共同作用，把胶乳中镁离子运输到黄色体中存储起来，从而降低胶乳细胞质中的镁离子浓度。乙烯利处理条件下，HbMGT9A上调表达，更多镁离子运输到黄色体中，胶乳细胞质中的镁离子浓度进一步下降，促进了胶乳再生和延长排胶时间。HbMGT9A可能是调控橡胶树胶乳细胞质和黄色体镁离子浓度的关键镁离子转运蛋白基因，进而参与胶乳再生和排胶时间的调控。橡胶树HbMGT10是橡胶树叶片中主要的HbMGT基因，酵母互补实验表明，HbMGT10具有镁离子转运功能，其定位于叶绿体膜上，很可能参与了橡胶树叶片中叶绿体镁离子浓度的调控，进而影响了橡胶树叶片的光合作用。