基于缺铁胁迫数字基因表达谱克隆玉米DMA分泌通道蛋白基因YS3

缺铁是世界范围内农业生产面临的严重问题。在石灰质土壤中，玉米通过分泌DMA（2'-deoxymugineic acid，脱氧麦根酸）实现对土壤中不溶性铁的活化和吸收，DMA经根部的阴离子通道以单价阴离子的形式分泌。前人已将玉米DMA分泌通道蛋白基因YS3定位在3号染色体一段29Mb的区域，但是至今未能克隆该基因。本项目首先采用数字基因表达谱技术发现缺铁胁迫时玉米根部明显上调表达的基因，然后通过生物信息学分析从中筛选定位于细胞质膜且位于3号染色体目的区域的跨膜蛋白基因，即为候选基因。随后通过实时定量RT-PCR、免疫组化及亚细胞定位技术研究候选基因在器官、细胞及亚细胞水平的表达定位模式，最后将候选基因在非洲爪蟾卵母细胞中表达，用膜片钳技术验证其是否具有将DMA分泌到细胞外的功能，最终确定玉米DMA分泌通道蛋白基因YS3。本项目为禾本科植物麦根酸类物质分泌过程的分子机理研究奠定基础。

铁是植物生长的必需微量元素之一。虽然铁在地壳中含量丰富，但是主要以植物不能利用的、不溶性的三价铁形式存在，因此，植物经常遭遇缺铁胁迫。本研究通过高通量测序方法对玉米在缺铁胁迫条件下的转录组变化进行分析的基础上，克隆了玉米DMA分泌通道蛋白基因YS3，本研究对于探索禾本科植物对缺铁胁迫的适应机制具有重要价值。.本研究获得如下主要结果：.（1）通过对缺铁胁迫1天、2天、4天或7天的玉米根系进行高通量转录组测序（DGE技术），与对照相比，分别发现3427（2174个上调，1253个下调）、4069（2556个上调，1513个下调）、4881（2687个下调，2194个上调）或2610（1551个上调，1059个下调）个差异表达基因；对差异表达基因进行基因功能聚类分析，在4个处理的上调差异表达基因中，共发现25个功能基因簇，在下调差异表达基因中，共发现13个功能基因簇。.（2）发现玉米DMA分泌通道蛋白基因YS3，并以郑58为材料对该基因进行了克隆，该基因蛋白质编码区全长1428bp（GenBank登录号JQ288305），编码476个氨基酸，定位于细胞膜，仅在根部表达，受到缺铁胁迫的显著诱导。.（3）玉米通过转录水平、翻译后水平以及激素水平的调控，生成更多的侧根，积累大量的氨基酸以及类异戊二烯、芳香族化合物等次级代谢物以应对缺铁环境。.本项目发表国际论文2篇，其中SCI论文1篇（IF=4.072），1篇SCI论文待发表。