大豆铁代谢相关基因GmIMD的功能研究

Iron is an essential micronutrient for human beings and plants. The production of iron rich foods is of great importance to the protection of human health. Although iron is abundant in the earth's soil, its utilization is low in most types of soils, leading to the iron deficiency in plants. With the increase of the degree of soil salinization, the phenomenon of iron deficiency is becoming more and more extensive, which has become a major problem in the world. Soybean is an important grain and oil crops, and is rich in iron. Recently, we identified a GmIMD (Glycine Max iron metabolic disorder) gene associated with iron metabolism by mapping based cloning method. The gene was initially confirmed to be involved in a new legume specific iron metabolism pathway. In this project, we will deeply analyze the biological function of GmIMD gene, find the factors which interact with GmIMD gene and reveal a new way of iron metabolism,to provide genetic resources and germplasm resources for breeding new varieties of high quality soybean.

铁是人体和植物所必需的微量营养元素，生产具有丰富铁元素的食物对于保障人类健康极为重要。虽然铁在土壤中含量丰富，但因其在大多数类型土壤中利用率低，导致植物缺铁现象比较普遍。随着土壤盐碱化程度加剧，植物缺铁现象愈发广泛,已成为世界农业生产的一个主要问题。大豆既是重要的粮油兼用作物，又是重要的富铁作物。最近我们通过图位克隆的方法定位到了一个与铁代谢相关的GmIMD(Glycine max iron metabolic disorder)基因，该基因被初步证实参与一个豆科作物特异的铁代谢新途径。本项目将深入分析GmIMD基因的生物学功能，寻找与GmIMD基因相互作用的因子，揭示其所参与的铁代谢新途径，为培育铁高效利用优质大豆新品种提供基因资源和种质资源。

铁是人体和植物所必需的微量营养元素，生产具有丰富铁元素的食物对于保障人类健康极为重要。随着土壤盐碱化程度加剧，植物缺铁现象愈发广泛,已成为世界农业生产的一个主要问题。大豆既是重要的粮油兼用作物，又是重要的富铁作物。本项目通过图位克隆的方法定位到了一个与铁代谢相关的GmIMD基因，利用GmIMD基因敲除和互补的转基因实验，证明了控制Gmimd突变体表型的基因为GmIMD基因；通过检测野生型“菏豆12”、Gmimd突变体和转基因株系的铁含量，表明GmIMD基因调控大豆叶片铁含量，从而影响叶片中叶绿素的合成、叶绿体的发育及光合作用；利用DDY4铁缺陷型酵母突变株转化实验验证了GmIMD基因具有铁转运能力，通过嫁接实验验证GmIMD基因调控的铁代谢主要是在大豆的地上部分；利用BiFC技术验证了GmIMD蛋白能与GmTic、GmFRO蛋白相互作用，并具有相同亚细胞定位模式；利用GWAS（全基因组关联分析）对东北主栽大豆品种的基因组和铁含量进行关联分析发现GmIMD基因与大豆铁含量的强关联性。本项目证明了GmIMD基因是一个参与豆科作物特异铁代谢的关键因子,通过深入分析揭示了GmIMD基因所参与的铁代谢新途径，为培育铁高效利用优质大豆新品种提供优异的基因资源和种质资源。