草莓FaFIT在拟南芥中异源表达促进根系铁吸收

摘要

【目的】植物根系吸收铁受到碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)转录因子的调控,bHLH转录因子FaFIT在草莓中的功能未知,试验初步分析FaFIT基因在草莓根系铁吸收过程中调控作用。【方法】以红颜草莓为试材,基于根系缺铁胁迫转录组数据生物信息学分析结果,克隆草莓根系铁吸收运转调控基因FaFIT;结合实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)分析该基因在不同组织中的表达差异,通过转基因拟南芥进一步验证该基因的功能。【结果】从红颜草莓根系中克隆获得FaFIT基因序列,该基因mRNA编码区序列全长1020 bp,编码339个氨基酸。蛋白结构预测显示,FaFIT蛋白具有保守的HLH区域,属于bHLH转录因子家族。FaFIT基因启动子序列具有bHLH转录因子DNA结合元件、脱落酸(abscisic acid,ABA)等激素调控元件及干旱胁迫诱导元件,推测FaFIT基因可能受到上游b HLH转录因子、ABA和干旱等因素的调控和诱导。qRT-PCR分析显示,FaFIT基因在根系中特异性表达;FaFIT基因在根组织中受到缺铁、高pH值诱导后表达上调,但在铁过量胁迫时表达显著下调。通过FaFIT基因转化拟南芥,结果发现阳性株根系中与铁吸收相关的3个基因AtAHA2、AtFRO2和AtIRT1的表达水平均上调,且与3个基因相对应蛋白酶H~+-ATPase(P-type)、铁还原酶(ferric-chelate reductase, FCR)、铁转运体(iron-regulated transporter,IRT)的酶活性均提高。同时,在pH=5.8和pH=8.0的1/2 MS培养基中转FaFIT基因拟南芥阳性株系根部Fe2+积累显著增加,叶片叶绿素含量提高。【结论】FaFIT基因通过调控AtAHA、AtFRO2和AtIRT1基因表达以及增强H+-ATPase(ptype)、FCR和IRT酶活性促进根系铁的吸收和积累,推测是草莓根系铁吸收和转运过程中的关键调控因子。