C4玉米中光呼吸銨轉運蛋白候選基因的確定
關鍵詞：玉米 光呼吸 銨轉運蛋白 生物信息
摘要：光呼吸過程在線粒體釋放氨。如果氨在線粒體大量積累,會導致線粒體受損。因此,氨需要由銨轉運蛋白及時從線粒體運輸到葉綠體,并在葉綠體中進一步轉變為谷氨酸。在C3植物中,氨在葉肉細胞中產生、轉運和固定;而在C4植物中,該過程則發生在維管束鞘細胞中,即光呼吸釋放出的氨發生在維管束鞘細胞的線粒體中,然后在銨轉運蛋白的運輸下,經維管束鞘細胞中的葉綠體膜將氨釋放到葉綠體中。我們通過對C4玉米銨轉運蛋白基因家族成員在維管柱鞘細胞和葉肉細胞內的表達進行比較、分析時,發現其中一個命名為ZmAMT5c的銨轉運蛋白基因的表達在這兩種細胞內存在明顯差異,并在維管束鞘細胞的表達量明顯高于葉肉細胞。進而我們對ZmAMT5c進行了深入的生物信息學和基因表達分析,發現它含有大量的跨膜螺旋,具有典型的跨膜蛋白的特征,并且該蛋白定位在葉綠體膜上,因而該基因是C4玉米中進行跨葉綠體膜運輸的銨轉運蛋白關鍵候選基因。而且該基因在玉米葉片梯度的表達與光合組織的成熟度呈正相關,呈現從葉基部到葉尖表達逐漸升高的趨勢,進一步證實該基因是光呼吸過程的關鍵基因。另外,該基因不但響應非生物脅迫(干旱),而且對病原菌脅迫也產生響應。鑒于國內外期刊尚未有C4植物中篩選出光呼吸銨轉運蛋白基因的報道,我們首次在玉米中篩選到了光呼吸中的銨轉運蛋白候選基因,這將加深科學界對C4植物光呼吸的理解,并為提高作物氨的利用率提供了新的靶標。
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