金属耐受蛋白调控苹果耐高锰胁迫的分子机制研究

Manganese (Mn) toxicity is a widely spread phenomenon of acid soils (30% of the Earth’s surface land), which seriously restricts the development of agriculture and forestry including apple tree. However, the exact functions of most metal tolerance proteins (MTPs) are still largely unknown. Previously, we isolated two Mn transporter genes MTP11.1 and MTP11.2 from apple tree by homology-based cloning. In this project, further studies such as transcriptional analysis and subcellular localization will be performed, to clarify the expression pattern of MTPs, such as heterologous expression and reverse genetics (overexpression and gene silencing) will be employed, to explore the biological functions of MTPs, such as high throughput sequencing, immunoprecipitation, high performance liquid chromatography-mass spectrometry will also be carried out to reveal the molecular regulatory network of these MTPs via the screening of significantly associated genes, proteins, and physiological and biochemical processes. The completion of this project will not only clarify the regulation mechanism of MTPs in the resistance to high Mn stress in apple trees, but also provide theoretical basis for the genetic breeding of fruit trees resistant to manganese stress.

锰（Mn）毒害是植物在酸性土壤（占30%的地球陆地面积）中广泛发生的现象，严重制约着农林业的发展。然而，作为生物自身强化策略的一种强有力的工具，大多数金属耐受蛋白(MTPs)的作用机制仍不清楚。在前期的工作中，利用同源克隆的方法从苹果中分离获得了两个与Mn运输相关的基因MTP11.1和MTP11.2。本研究将通过转录规律分析和亚细胞定位明确其表达模式，通过异源表达和反向遗传学（过量表达和基因沉默）等技术探索其生物学功能，通过高通量测序、免疫共沉淀、高效液相色谱-质谱联用等手段筛选其所调控的基因和蛋白以及生理生化过程，从而揭示其分子网络。本研究结果不仅可以阐明苹果体内MTPs在耐高锰胁迫中的分子调控机理，还将为果树的遗传改良提供理论依据。

锰（Mn）毒害是植物在酸性土壤（占30%的地球陆地面积）中广泛发生的现象，严重制约着农林业的发展。然而，作为生物自身强化策略的一种强有力的工具，大多数金属耐受蛋白(MTPs)的作用机制仍不清楚。本研究发现叶绿素含量、活性氧（H2O2、O2.-）含量和抗氧化酶（POD、CAT、SOD）活性、ASA含量和营养元素（Cu、Fe、Ca和Zn）均可作为锰胁迫下富士苹果的敏感指标。同时，利用同源克隆的方法从苹果中分离获得了两个与Mn运输相关的基因MTP11.1和MTP11.2，该基因分析得出全长为1185bp、编码394个氨基酸，与拟南芥AtMTP11同源性最近，具有4个跨膜结构域（含有阳离子排出域）。转录模式分析发现该基因在叶片中表达量最高，明显受到不同Mn2+的诱导，离子组学分析它可以受到多种金属离子（Al3+、Cd2+、Cu2+ 、Fe2+、 Se2+、 Zn2+）影响；亚细胞定位分析表明该基因定位于高尔基体中；另外构建目标基因的植物过表达和反义表达载体，转化相应拟南芥突变体，进行分子鉴定和抗性分析；过表达植株明显具有较强的耐锰能力，可以减少植株体内Mn的含量，并且有利于植株鲜重、干重、根长生长。本研究结果不仅可以阐明苹果体内MTPs在耐高锰胁迫中的分子调控机制，还将为果树的遗传改良提供理论依据。