基本信息
- 项目名称：
- 铁转运蛋白MbNramp1 基因功能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 为了研究MbNramp1 基因功能，通过构建植物超表达载体，转化模式植物拟南芥，并进行纯合体的表型鉴定，进一步鉴定该基因转运铁的功能。结果表明转化进MbNramp1 基因的拟南芥植株比转化进空载体植株铁含量高，植物黄化现象减弱。
- 详细介绍：
- 【目的】研究MbNramp1 基因功能。【方法】通过构建植物超表达载体，转化模式植物拟南芥，并进行纯合体的表型鉴定，进一步鉴定该基因转运铁的功能。【结果】在MS 固体培养基中，正常供铁即40 µM Fe 培养下，转化MbNramp1 基因的植株与转空载体对照植株根和地上部长势无明显差别；在低铁胁迫即4 µM Fe 培养下，虽然植株长势都明显减弱，最明显的地方是其叶色都出现不同程度的黄化现象，但是转化MbNramp1 基因的拟南芥植株长势明显优于转空载体植株，其根系比转空载体植株发达，且叶片黄化程度比转空载体对照弱。收获植株地上部和根系，原子吸收法测定植株铁含量：在正常供铁条件下，每克根干重中铁含量增加了96 µg ；在低铁胁迫条件下，每克根干重中铁含量增加了202 µg ，每克地上部干重中铁含量增加了234 µg 。【结论】证明MbNramp1 编码具有功能的铁转运蛋白，能够促进拟南芥植株吸收铁营养。转化MbNramp1 基因能够增加植株中铁含量，从而缓解植株黄化现象。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1目的：研究MbNramp1基因的功能。 2基本思路：通过实验首先构建pBI121植物表达载体，然后采用农杆菌(A g robacterium tum faciens)介导法转化拟南芥，经过筛选获得转基因植株纯合体。最后对转基因纯合体和没转基因的拟南芥植株进行低铁胁迫处理，观察其表型，对照分析研究MbNramp1基因的功能。
科学性、先进性及独特之处
- 已经发现高等植物中存在两类参与铁吸收的转运蛋白: IRT/ZIP和 DMT/NRAMP。NRAMP广泛存在于植物、微生物中，其家族基因成员在金属离子的转运，尤其是在铁离子的代谢中起着重要的作用。已经从山荆子中获得MbNramp1基因，在低铁胁迫时，该基因在山荆子根中加强表达；能够使酵母铁的突变株DDY4和DEY1453恢复突变。因此有必要进一步在植物体系中对该基因的功能展开研究。
应用价值和现实意义
- 铁在地壳中含量丰富，但铁的利用率低，植物缺铁黄叶病普遍发生。苹果是最重要的经济作物之一。为了获取更高的产量和经济效益，苹果常常嫁接到适应当地土壤条件和环境状况的砧木上。山荆子具有极强的抗寒性，在我国北方广泛用做苹果砧木。但是，缺铁黄叶病常常发生。因此克隆参与铁营养代谢的相关基因并对其进行功能研究，对于研究植物缺铁适应性分子机制，解决植物缺铁黄叶病有重要意义。
学术论文摘要
- 为了进一步研究MbNramp1基因在植物铁营养过程中的功能，展开研究如下：1）扩增出了MbNramp1 基因的编码区，其长度为1656bp。构建并鉴定重组质粒。将重组质粒和pBI 121分别转化拟南芥。筛选阳性苗，收获T0代种子。卡那抗性平板筛选T1代阳性苗27株。提取阳性苗DNA，通过PCR技术进一步鉴定基因转化成功，收获T1代种子，单株繁殖获得T3代纯合体；2）T3代纯合体植株正常供铁与低铁胁迫后表型鉴定结果表明，正常供铁（40 µM Fe）下，转基因与对照植株根和地上部长势无明显差别；与正常供铁相比，低铁胁迫下植株长势都明显减弱，但低铁胁迫（4 µM Fe）下，转基因植株的根系比对照发达，叶片黄化程度也比对照植株弱；3）T3代纯合体植株正常供铁和低铁胁迫处理铁含量分析结果表明，在正常供铁条件下，每克根干重中铁含量增加了96μg。在低铁胁迫时，每克根干重中铁含量增加了202μg，每克地上部干重中铁含量增加了234μg。综合以上结果，MbNramp1编码具有功能的铁转运蛋白，能够促进根系生长，增加根表面积，扩大植株养分吸收范围，转化MbNramp1基因能够增加植株中铁含量。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 结果表明，植株地上部和根系铁含量，在正常供铁条件下，每克根干重中铁含量增加了96 µg ；在低铁胁迫条件下，每克根干重中铁含量增加了202 µg ，每克地上部干重中铁含量增加了234 µg 。
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 山荆子（Malus baccata (L.) Borkh）具有极强的抗寒性，能够耐-45˚C的低温，在我国北方广泛用做苹果砧木(Han & Shen, 1991)。为了弄清NRAMP家族基因是否在木本植物中金属元素-铁的吸收转运过程中发挥着作用？本实验拟以山荆子铁转运蛋白基因MbNramp1为研究对象，用模式植物拟南芥作为转基因植物进而筛选其纯合体，并对其表型进行鉴定，了解该基因与铁转运机制的的关系。在国内外同类课题中处于国内领先、国际先进水平。
