[发明专利]玉米锌铁调控转运体ZmZIP2基因及其应用

说明书

本申请是申请号为201410240908.X,申请日为2014年5月30日，发明名称是“玉米锌铁调控转运体ZmZIPs基因及其应用”的分案申请。

技术领域

本发明涉及从植物中分离的金属离子转运体基因，尤其涉及从玉米中分离的与锌铁的吸收、转运或储存有关的调控转运体ZmZIP2基因，本发明进一步涉及调控转运体ZmZIP2基因在调控植物吸收、转运或储存锌或铁能力，促进胚和胚乳的发育或成熟以及增加粮食作物种子锌铁含量中的应用，属于植物金属离子调控转运体基因的分离和应用领域。

背景技术

锌和铁是生物体所必需的微量元素，在植物的生长发育过程中有着重要作用(Wintz H,Fox T,Wu YY,et al.Expression profiles of Arabidopsis thaliana in mineral deficiencies reveal novel transporters involved in metal homeostasis.The Journal of biological chemistry 2003,278(48):47644-47653.)。锌是生物体300多种酶和重要蛋白质的结构辅助因子(Haydon MJ,Cobbett CS.A novel major facilitator superfamily protein at the tonoplast influences zinc tolerance and accumulation in Arabidopsis.Plant physiology 2007,143(4):1705-1719.)。锌不仅参与机体的各种代谢，在生物膜稳定和基因表达调控等生理机能中也担负着重要的角色(Mathews WR,Wang F,Eide DJ,et al.Drosophila fear of intimacy encodes a Zrt/IRT-like protein(ZIP)family zinc transporter functionally related to mammalian ZIP proteins.The Journal of biological chemistry 2005,280(1):787-795.)。适量增加植物体内锌的含量可提高作物产量，而锌的缺乏会导致叶绿素、脂质、蛋白、质膜的氧化破坏，植物体内锌离子的过度积累又会对植物产生毒害。

铁在细胞呼吸、光合作用和金属蛋白的催化反应过程中发挥重要作用，是重要的电子传递体，因此，铁元素在原核和真核生物的生命活动中具有不可替代的功能。另外，细胞内过高的Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原势会导致超氧化合物的产生，对细胞造成伤害(Briat JF,Lebrun M.Plant responses to metal toxicity.Comptes rendus de l'Academie des sciences Serie III,Sciences de la vie 1999,322(1):43-54.)。因此，严格控制植物体内金属离子的平衡是至关重要的。

参与锌铁吸收的蛋白主要有三类，都是以蛋白家族形式存在的，包括：ZIP，即锌调控转运体(Zinc-regulated transporter，ZRT)和铁调控转运体(Iron-regulated transporter，IRT)。酵母功能互补实验显示ZIP家族基因能够转运包括Zn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺在内的多种金属离子(Colangelo EP,Guerinot ML.Put the metal to the petal:metal uptake and transport throughout plants.Current opinion in plant biology 2006,9(3):322-330.)。ZIP一般由309-476个氨基酸残基组成，有8个潜在的跨膜结构域和相似的拓扑结构，第3和第4跨膜区之间有一长的可变区，可变区位于胞内，其C、N末端位于胞外，该区富含组氨酸残基，可能与金属的结合、转运有关(Guerinot ML.The ZIP family of metal transporters.Biochim Biophys Acta 2000,1465(1-2):190-198.)。