缺铁胁迫触发的MxIRT1内吞及其在苹果缺铁适应反应中的作用机理研究

Iron-deficiency is one of the important factors that limit the development of apple industry. Decades of research suggests,the regulation of iron transporter(IRT1) expression plays an important role in iron deficiency induced adaptive responses. The aim of our research was to reveal the interesting regulatory mechanism of post-transcriptional modification,that is how endocytosis of the IRON-REGULATED TRANSPORTER 1 (IRT1) transporter response iron deficinecy. This research proposal contains two major parts: the first part is the basic molecular study on the IRT1 endocytosis response of apple to iron-deficient stress to uncover the role of IRT1 endocytosis response to iron dificiency and its regulation mechanism;The second part is the study on the regulatory mechanism of IRT1 endocytosis in iron-deficient response,especially how IRT1 endocytosis regulate the iron reditribution in the subcellsular level,to uncover the role of iron reditribution mechanism under iron-deficient conditions.

缺铁胁迫是影响苹果产业发展的重要因素之一。多年来的研究表明，铁转运载体（IRT1）基因表达调控在苹果缺铁胁适应性反应中起着重要作用。本研究以铁高效基因型小金海棠为试材，旨在揭示IRT1的一种转录后特殊调控方式，即IRT1内吞，在苹果抗缺铁反应中的作用及机理。研究主要包括两个方面，第一个方面主要是探讨IRT1内吞对缺铁胁迫的响应，旨在揭示IRT1内吞对铁浓度响应敏感度调节机制；在此基础上，进一步探讨IRT1泛素化修饰IRT1内吞的调控；第二个方面主要是探讨IRT1内吞在缺铁适应反应的作用，特别是在细胞及亚细胞水平上铁的分布及铁再分配中的作用，明晰铁分布与再分配调节在苹果抗缺铁胁迫中功能及机理。以期通过高效调节亚细胞水平再分配从而实现优化苹果铁素利用效率的目的。

研究表明，铁转运载体（IRT1）基因表达调控在苹果缺铁胁适应性反应中起着重要作用。本项目以铁高效型小金海棠、铁低效型山定子为试材确定了IRT1的信号肽序列为转录起始位点ATG前39bp的碱基序列，且通过与苹果基因组比对发现，该序列存在一个碱基突变A→G，且通过激光共聚焦显微镜(confocal)观察IRT1-GPF转基因的王林悬浮细胞发现， IRT1在苹果细胞中主要定位于质膜及胞内小囊泡中，并在细胞质中也有少量分布，并且MxIRT1由于启动子区TATA-box插入或缺失所导致的氨基酸突变使MxIRT1在胞质小囊泡内的分布明显减少；并进一步揭示了IRT1高效利用转录调控机理是通过其启动子区域TATA-box插入元件特异与TBP蛋白结合加强转录及其特有的的一种转录后特殊调控方式，即IRT1内吞，在苹果抗缺铁反应中的作用。 本项目通过利用明晰IRT1转录及转录后调控在苹果抗缺铁胁迫中功能及机理为今后挖掘苹果铁高效利用关键基因和定向改良果树优良种质打下基础。