GmNRAMP2在大豆根瘤铁转运中的功能分析

Soybean-Rhizobium symbiosis is the important nitrogen(N) source in agroecosystems,in particular,iron is very important for nodule development and N fixation, because it is not only an important component of nitrogenase, but also the element of leghenmoglobin in soybean nodules. However, iron deficiency is one of the nutrient problems in practice. How to improve iron utilization efficiency in symbiosis system is a focus of plant nutrition research. In this proposal, we had been identified and isolated 13 NRAMP genes in the soybean genome based on reported soybean genomic DNA database and expression profile.Through tissue-expression pattern analysis, nodule-specific gene GmNRAMP2 had been chosen as candidate gene,tissue localization and functional analysis will proceed to investigate the possible role of GmNRAMP2 in iron transport of soybean nodule. This research will not only provide theoretical significance on the functions of NRAMP gene in nodule iron nutrition, but also give theoretical basis for molecular improvement in legume crops.

大豆-根瘤菌共生固氮是农业生态系统中重要的氮素来源，微量元素铁既是固氮关键酶的组分，又是大豆根瘤中豆血红蛋白的组成元素，对根瘤的生长发育及固氮尤为重要，然而土壤缺铁是大豆生产中面临的养分难题之一，如何提高共生系统中大豆对铁的利用效率是植物营养学关注的热点。本项目利用已报道的大豆基因组和表达谱数据库，确定参与二价铁吸收运转的NRAMP基因家族共有13个成员。通过组织表达特异性分析，筛选出根瘤特异表达的GmNRAMP2基因,将进一步通过组织定位和功能分析，探讨该基因在大豆根瘤铁转运中可能的功能。本研究不仅对探讨NRAMP基因在维持大豆根瘤铁稳态中的功能研究具有理论意义，也为豆科作物的分子改良提供重要的理论依据。

大豆-根瘤菌共生固氮是农业生态系统中重要的氮素来源，微量元素铁既是固氮关键酶的组分，又是大豆根瘤中豆血红蛋白的组成元素，对根瘤的生长发育及固氮尤为重要，然而土壤缺铁是大豆生产中面临的养分难题之一，如何提高共生系统中大豆对铁的利用效率是植物营养学关注的热点。本项目利用拟南芥、水稻、苜蓿等作物已报道的NRAMP基因为模板，在大豆基因组数据库进行同源比对，通过保守结构域等分析最终确定大豆NRAMP基因家族共有13个成员。通过组织表达特异性分析，确定该家族中3个NRAMP基因在大豆根瘤的表达量较高，其中GmNRAMP2与GmNRAMP4基因同源性较高，而GmNRAMP13基因已有报道其在根瘤里表达，并定位在类菌体膜上，但其功能未知。本项目进一步对GmNRAMP2进行深入研究，结果表明，大豆未接种根瘤菌时，GmNRAMP2主要在大豆新叶、花、茎、荚里表达，接种根瘤菌后，其在根瘤里的表达显著增加，并且该基因在根瘤的表达受到外界铁浓度的影响，低铁胁迫处理时，该基因上调表达。通过亚细胞预测、烟草叶片及水稻原生质体瞬时转化试验表明，该基因编码的蛋白可能定位于细胞膜或液泡膜上。进一步的组织定位分析表明，该基因可能定位在整个根瘤，包括皮层细胞、维管束及侵染细胞，说明该基因可能参与了根瘤中不同细胞类型铁的吸收运转以及铁稳态的调控。该基因对大豆根瘤铁及其他金属离子的吸收利用是否存在影响有待进一步深入研究。本研究不仅对探讨NRAMP基因在维持大豆根瘤铁稳态中的功能研究具有理论意义，也为豆科作物的分子改良提供重要的理论依据。