OsABCB14参与水稻生长素转运及铁平衡

【摘要】生长素极性运输(Polarauxintransport,PAT),使生长素形成以器官顶端为中心的浓度梯度,由此维持植物不同组织中的生长素浓度差,调控着植物的发育。它在植物胚胎建成、维管分化、顶端优势及向性生长等方面发挥重要作用。生长素极性运输是由细胞中极性分布的生长素输入和输出载体定向的,这些载体包括三大类：PIN(Pin-formed)蛋白家族、AUX1/LAX(Auxinresistant1/likeAUX1)蛋白家族和ABCB/MDR/PGP(ATPbindingcassetteB/Multidrug-resistance/P-glycoprotein)蛋白家族。目前关于ABCB蛋白家族报告很少,但生长素信号通路的完善及生长素极性运输的精确调节机制的阐述,离不开对ABCB蛋白家族的研究。本研究对水稻ABCB蛋白家族成员OsABCB14进行功能研究,得到以下结果：第一,osabcbl4突变体对2,4-D或IAA不敏感,而对NAA敏感性不变。互补实验证明能回复该表型。第二,OsABCB14基因启动子接GUS报告基因转基因水稻的GUS染色结果表明该基因在根尖、中柱、叶片、叶鞘、节、节间、根茎结合部、花等中表达,且在维管组织中强烈表达。qRT-PCR结果显示该基因受2,4-D、IAA、6-BA、ABA、SA或NOA强烈诱导,而在NAA、GA3或NPA处理下只轻微上调。第三,烟草及洋葱表皮中瞬时侵染OsABCB14与eGFP融合蛋白的结果显示该蛋白定位在质膜。第四,MS-GAS和DR5-GUS染色分析结果显示osabcbl4突变体中生长素含量降低。qRT-PCR结果显示osabcbl4突变体中生长素早期响应基因OsIAA3、OsIAA9、OsIAA23和OsSAUR39的表达降低。第五,酵母及植物原生质体两个实验体系分别直接证明了OsABCB14具有生长素输入功能。对osabcbl4突变体根尖生长素极性运输检测结果显示,该基因突变后生长素向顶转运降低,向基转运不变。此外,本研究还发现osabcbl4突变体的种子、地上部及地下部中铁含量显著升高,且Mn、Cu、Zn和Mg的含量也显著高于野生型。在缺铁情况下该突变体表现出明显的抗性,一系列缺铁响应基因的表达发生改变。因此OsABCB14还具有维持铁平衡的作用。综上所述,我们的结果显示,水稻OsABCB14不仅参与生长素极性运输,还参与维持铁平衡。该研究首次报告了水稻中ABCB的功能,并首次在植物系统中证实了ABCB家族成员也具有生长素输入的功能。该研究不仅丰富了人们对于植物生长素运输载体的认识,还为进一步研究单子叶植物中极性运输机制及激素与矿质营养吸收的关系提供了新的视角。
【作者】徐艳霞；
【导师】蒋德安；齐艳华；
【作者基本信息】浙江大学，植物学，2014，博士
【关键词】OsABCB14；极性生长素转运；铁平衡；水稻；

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