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GsMATE编码一种多药毒性化合物挤压转运蛋白可提高铝的耐受性拟南芥

摘要

背景

多药和有毒化合物挤压转运蛋白(MATE)广泛存在于植物体内,通过诱导柠檬酸盐外排,在植物抗铝(Al)毒性中起着重要的调节作用。然而,大多数MATE家族成员在大豆(甘氨酸大豆)仍有待阐明。

结果

表达模式分析显示GsMATE在大豆各器官中均有组成性表达,在根中表达量最高,在茎、叶和子叶中表达量次之。此外,Al应力诱导了GsMATE在大豆。时间分析表明GsMATE随着铝浓度的增加,表达量大大增强3 +]短时间暴露后,在BW69(抗铝)和JW81(铝敏感)系中检测到的高水平甘氨酸大豆野生大豆分别在6 h和8 h。此外,瞬时GsMATE在拟南芥原生质体显示GsMATE蛋白定位于质膜。过度的GsMATE在一个拟南芥哥伦比亚-0 (col0)背景导致转基因植物对铝的耐受性增加。苏木精染色分析表明GsMATE转基因系的染色强度低于暴露于相同AlCl的野生型系3.浓度。因此,GsMATE通过减少铝的积累,增强转基因植株对铝毒性的抗性拟南芥的根源。

结论

总之,我们的结果表明GsMATE对铝胁迫有反应,并可能参与调节对铝毒性的敏感性拟南芥。此外,GsMATE蛋白是MATE家族的铝诱导柠檬酸转运蛋白,在铝耐受性中发挥重要作用甘氨酸大豆

背景

酸性土壤(pH < 5.5)广泛分布于非洲、亚洲和南美洲的发展中国家,占耕地面积的50% [qh]123.]。溶解铝(Al),毒性最强的三价阳离子(Al)3 +)在铝硅酸盐粘土(pH < 5.5)中形成铝复合物,是酸性土壤中植物生长和作物产量的主要限制因素[4]。艾尔3 +毒性主要损害根尖,通过影响质膜结构、诱导根细胞死亡和抑制养分吸收,导致植物生长发育显著降低[56]。迄今为止,在大多数植物物种(如玉米、小麦和高粱)中已经研究了两种主要类型的抗铝机制。排斥机制阻止Al进入根尖,而耐受机制解毒和隔离植物中的Al [13.]。在铝胁迫下,植物通过根部分泌苹果酸、柠檬酸和草酸等有机酸来增强对铝毒性的抗性[j]。7891011]。多药和有毒化合物挤出转运蛋白(MATE)是近年来分类最多的多药外排转运蛋白家族。这些蛋白质通过阳离子(如H)的电化学梯度与质膜上的底物易位偶联+或Na+离子)[12]。x射线晶体学表明,MATE转运体中预测的12个跨膜(TM)螺旋具有独特的结构拓扑,与其他多药耐药转运体不同[13]。MATE转运体广泛存在于细菌、真菌、哺乳动物和植物中[14]。许多MATE基因编码的蛋白质在铝毒性反应中诱导柠檬酸外排,也已经在植物中进行了研究和鉴定[1]。利用图谱克隆技术,SbMATE和HvAACT1是第一个被证实参与高粱和大麦脱毒的MATE转运体[1516]。此后,许多MATE基因被报道参与了al诱导的草本植物柠檬酸盐分泌。这些基因包括AtMATE拟南芥617],TaMATE在小麦中[18],ZmMATE1在玉米[19],ScFRDL1在黑麦里[20.],HvAACT1小麦和大麦[21],SbMATE大麦[22],BoMATE拟南芥23],OsFRDL2在米饭里[24],FeMATE1FeMATE2在荞麦中[17],BdMATESetaria冬青25),而MtMATE66Medicago truncatula26]。所有这些同源基因都编码外部铝抗性所需的MATE蛋白,并且主要定位于根表皮细胞[161720.23]。一些植物MATE转运体在铁稳态中发挥着不同的作用[2627282930.3132];重金属[33]和毒素抗性[34];烟碱的液泡转运[353637];氯离子通道[38];脱落酸外排[39];次生代谢物如生物碱、类黄酮和花青素的运输[3639404142];下胚轴细胞伸长[43];羟基肉桂酸酰胺出口[44];器官起始[45];侧面器官大小和起始率的调节[46];植物生长发育[47];植物抗病性的建立[48];以及对病毒的抵抗力[49)等。

先前的研究表明,MATE蛋白是植物中多药物外排转运蛋白的一个大家族[12]。许多推测的MATE转运体已经通过全基因组分析和/或其他方法在植物中预测和鉴定。这些假定的MATE转运蛋白包括45 in栽培稻50],玉米49 [51], 56英寸拟南芥3350], 67在番茄[7], 70英寸Medicago truncatula2652], 71英寸杨树1], 70个MATE基因Gossypium raimondii就68个MATE基因Gossypium植物园53], 117英寸大豆54]。与其他植物相比,大豆是最大的MATE家族,通过全基因组关联分析和RNA-seq图谱预测了117个可能的MATE转运体大豆54]。然而,对大豆中MATE转运体的研究很少。迄今为止,只有两种MATE转运体GmFRD3a和GmFRD3b被报道在大豆铁稳态中发挥作用[3155]。在目前的研究中,GsMATE(accession number: BM732932.1)是从野生大豆抗病品系BW69的根中克隆而来甘氨酸大豆,并检测了Al处理后的基因表达谱。通过对转基因过表达系的表型分析,鉴定了GsMATE的亚细胞定位和柠檬酸盐转运活性拟南芥。我们假设GsMATE可以增强Al的耐受性拟南芥通过铝诱导从根部分泌柠檬酸盐。

方法

植物材料和生长条件

BW69(耐铝)系和JW81(铝敏感)系甘氨酸大豆被用来克隆GsMATE调查…GsMATE响应Al胁迫的表达模式。将野生大豆种皮用单面刀片在种脐背面轻轻切开。然后,所有野生大豆种子在生长室(22-25°C, 12 h/12 h明暗循环)中生长,如Zeng [56]。发芽后,在表面灭菌的蛭石中预培养48 h,待子叶展开后移栽到pH为5.8的营养液中。大豆幼苗在22/25°C、12 h/12 h明暗循环培养2天后,在铝溶液中处理[56]。

Ecotype Col-0拟南芥被用于GsMATE基因转换。所有表面消毒拟南芥种子(野生型和转基因系)在1/2 Murashige和Skoog (MS)琼脂培养基上,4°C,黑暗培养2天。的拟南芥然后将幼苗转移到含有铝浓度梯度的1/2 MS新培养基中,在22°C长日条件下连续培养数天,直到所有样品被取走[57]。

GsMATE表达分析

的组织表达谱分析GsMATEBW69和JW81系在灭菌过的蛭石中萌发。子叶张开的幼苗在营养液中培养4天。从幼苗上取根、茎、叶和子叶样本(n=每组10株),在液氮中冷冻,然后在- 80°C保存[56]。为了分析铝浓度梯度对基因表达的影响,采用上述方法种植和发芽BW69和JW81 [56]。简而言之,预孵育2天后,将大豆幼苗转移到0、25、50、75和100 μM AlCl溶液中培养3.(pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2),分别;每组设3个重复,每组20株幼苗。用铝溶液处理6 h后,从幼苗(n=每组10株)。样品在液氮中冷冻,然后保存在- 80°C [56]。分析…的模式GsMATE在不同根段表达对铝毒性的响应,采用上述方法制备大豆幼苗。在Al溶液中处理6小时后,从幼苗根部(0-2、2-4和> 4 cm段)获得样品(n=每组10株),在液氮中冷冻,并在- 80°C保存以作进一步分析[56]。的时态表达模式分析GsMATE为了应对铝毒性,将2天大的幼苗培养在0.5 mM氯化钙溶液中2(pH 4.3)处理12 h。分别经过0、6和12 h的时间过程处理,获得的根尖样品(长6 cm)。然后将其他幼苗转移到50 μM AlCl的溶液中3.(pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2),培养24小时(n=每组20株幼苗)。分别在处理2、4、6、8、12和24 h后获得6 cm长的根尖样品。所有样品在液氮中冷冻,并在- 80°C保存以供进一步分析[56]。

克隆GsMATE

根据我们之前对BW69和JW81耐酸铝相关基因表达谱的分析,一个铝诱导GsMATE利用序列信息筛选美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库(未发表数据)鉴定该基因;该基因的加入号为BM732932.1。特定引物(附加文件1:表S1)设计扩增GsMATE使用Super-Fidelity DNA聚合酶(Phanta Max, Vazyme Biotech Co., Ltd.)进行RT-PCR;南京,中国)。用25 μM AlCl处理BW69幼苗,提取总RNA3.(pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2)使用TRIzol试剂(Invitrogen)。利用SuperScript II逆转录酶(Invitrogen)以2 μg的总RNA逆转录生成cDNA。以BW69的cDNA为模板,按照先前的方法,在20 μl的总量中进行RT-PCR反应[57],然后进行扩增程序:DNA在94°C下变性30 s,在72°C下退火30 s,在72°C下延伸1 min 30 s(35个循环)。的GsMATEPCR产物经1%琼脂糖凝胶电泳(GenStar Kit, GenStar Development Company, Canada)分离,然后插入到pLB载体的多个克隆位点(Tiangen Rapid DNA ligigation Kit, Beijing, China)。克隆的大肠杆菌用GsMATE-pLB载体热休克法将其阳性转化DH5α菌株的活性细胞,经PCR、酶切和测序鉴定(中国三工生物科技(上海)有限公司),获得DH5α菌株的cDNA全序列GsMATE。阳性克隆的PCR鉴定和酶切方法已详细介绍[5758]。

序列分析

利用DNAMAN软件对序列进行多次比对,生成同源树。核苷酸和氨基酸序列利用NCBI的BLAST网络服务器(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)及phytozome (https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html) [57]。使用TMHMM Server网站v. 2.0对GsMATE蛋白的跨膜拓扑进行预测:http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/

拟南芥GsMATE质粒的构建与转化

1503 bp GsMATE编码序列(CDS)(附加文件2)将从GsMATE-pLB载体扩增的Bam你好,Kpn在花椰菜花叶病毒35S (CaMV 35S)启动子的控制下,利用特异性引物生成pCAMBIA1301- gsmate融合构建体(附加文件)1:表1)。根癌土壤杆菌然后用pCAMBIA1301-GsMATE载体电穿孔转化GV3101,使其开花拟南芥植物利用先前描述的花浸渍法进行转化[59]。所有的GsMATE用1/ 2ms培养基进行潮霉素筛选,获得转基因植株。

GsMATE-GFP融合蛋白的定位

GsMATE蛋白的定位使用先前描述的方法[57]。用特异性引物扩增GsMATEcd(附加文件)1:表1)。的PCR产物GsMATECDS被亚克隆到Bam你好,Kpn在CaMV 35S启动子控制下,利用pYL322-d1载体的1个位点生成GsMATE-GFP融合构建体。pYL322-d1-GsMATE-GFP构建体经测序确认,并用于瞬时转化拟南芥原生质体热休克。改变了拟南芥然后在共聚焦激光扫描显微镜(Leica)下观察原生质体以表征GsMATE蛋白的表达[5760]。

实时定量PCR

从大豆幼苗中提取总RNA拟南芥用TRIzol试剂(Invitrogen)和无rnase dna酶(Promega)处理。2 μg的总RNA用SuperScript II逆转录酶(Invitrogen)反转录生成cDNA。然后将每个样品的cDNA稀释至4和8 ng/ml。根据制造商的说明,在ABI 7900序列检测系统上,用SYBR Green Master mix和SsoFast evgreen Supermix Kit (BIO-RAD)对每种cDNA稀释1ml进行三次定量分析。使用内参基因对数据进行归一化处理β-微管蛋白。检验重复间的定量变异采用2——∆∆Ct方法(57]。有关GsMATEβ-微管蛋白具体引物列于(附加文件)1:表1)。

酸铝处理转基因拟南芥

短期AlCl3.治疗,T3.代拟南芥种子播种于直径10 cm的塑料培养皿中,培养皿中填充1/ 2ms phytagel培养基(pH 5.8), 4℃黑暗培养4天,然后转移到22℃培养室(光照16 h /黑暗8 h)培养4天。然后,拟南芥将幼苗转移到含有AlCl的琼脂糖培养基中3.(pH 4.5, 0.5 mM氯化钙2),在22°C(16小时/8小时明暗)下培养2天。然后将幼苗暴露在AlCl中3.(pH 4.5, 0.5 mM氯化钙2)浓度梯度(0、50、100和200 μM)和主根测量使用先前描述的方法进行[61]。长期使用AlCl3.处理后,将拟南芥幼苗培养7天以上,观察其抗铝表型和/或测量主根长度[62]。

采用苏木精染色法进一步研究转基因品系的抗性拟南芥铝毒性[11]。拟南芥根据前面描述的方法制备幼苗。然后将幼苗转移到AlCl中3.溶液(pH 4.5, 0.5 mM氯化钙)2)浸泡6小时。30分钟后用超纯水冲洗,根部拟南芥苏木精染色30分钟。再用超纯水冲洗30分钟后拟南芥记录表型[11]。

统计分析

所有数据均以三个生物重复的平均值±SD表示。的t检验p采用SPSS20软件,采用= 0.05来判别观测值之间的差异有统计学意义[57]。

结果

克隆GsMATE

基于耐铝基因表达谱分析甘氨酸大豆(未发表的数据),利用该序列克隆了一个铝诱导的编码柠檬酸盐转运蛋白MATE的基因甘氨酸大豆从NCBI数据库中检索BW69行,登记号为BM732932.1。确定了位于大豆2号染色体上的MATE基因GsMATE多药及毒素挤出家族蛋白甘氨酸大豆)。的GsMATE在25 μM AlCl处理下,诱导基因表达量达到2倍以上3.(pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2)(数据未显示)。全长基因组GsMATE该序列包含13个外显子和12个内含子,全长cDNA 1,955 bp(数据未显示),开放阅读框(ORF) 1,503 bp,编码501个氨基酸。的GsMATE序列存入NCBI数据库,登录号BM732932.1(附加文件)2表2)。

GsMATE的生物信息学分析

Phytozome快速搜索和NCBI BLAST保守结构域分析显示,GsMATE蛋白属于多药和毒素挤出蛋白MATE家族(附加文件)3.:图S1a)。利用TMHMM (Server v. 2.0)预测表明,GsMATE蛋白是一个膜蛋白,在145-167、193-215、225-247、254-276、291-313、326-348、368-390、402-424、434-456和463-485位点上具有10个跨膜螺旋结构域。利用跨膜结构域形成环状结构(附加文件)3.:图S1b)。

多序列比对和同源性分析显示植物MATE家族成员之间存在差异。如图2所示。1, 42个MATE蛋白聚为3组。第一组由17个具有不同潜在功能的MATE蛋白组成,包括调节器官起始(AtZRZ和ZmBIGE1);生物碱(NtMATE1)、原花青素(DkMATE1)、尼古丁(Nt-JAT1、NtMATE1和NtMATE2)、氯化物(AtDTX33和AtDTX35)的复合转运和积累;铁稳态;以及对干旱等非生物胁迫的响应(AtDTX50)。第II组仅包含一个成员,AtEDS5,这是在致病菌植物中合成水杨酸(SA)所必需的[49]。III组有24个MATE蛋白(AtFRD3、GmFRD3a、GmFRD3b和OsFRDL1)在al激活的柠檬酸运输或植物铁稳态调节中起主要作用。在氨基酸水平上,GsMATE与聚在III组的其他MATE转运蛋白的相似性为56%,而GsMATE与GmMATE13和GmMATE58之间的相似性超过95%(图5)。1)。因此,生物信息学分析表明GsMATE蛋白可能在铝耐受性中起作用。

图1
图1

GsMATE与其他跨膜蛋白的同源性分析。所有可用的氨基酸序列和MATE蛋白的加入号均从NCBI数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)。除GsMATE和8种大豆MATE蛋白外,其他转运蛋白的功能已经确定[54]。使用DNAMAN比对产生同源树。括号中显示了MATE蛋白的加入编号

GsMATE表达模式分析

的组织表达模式GsMATE,分别从油菜BW69和JW81品系中提取幼根、茎、叶和子叶样品甘氨酸大豆。实时荧光定量PCR (qRT-PCR)分析表明GsMATE在大豆中组成性表达,其在根中的表达水平是茎和叶中的3倍以上(图2)。2)。进一步的qRT-PCR分析GsMATE从根尖开始测量的不同根段的表达量显示,在0 μM AlCl检查下,表达量最高和最低3., pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2),分别在0-2 cm和4-6 cm区域(图2)。2 b)。然而,GsMATEAl处理后,基因在根区表达量显著上调,几乎是对照条件下的两倍(图2)。2 b)。的GsMATEJW81系4 ~ 6cm区域根段表达量至少为对照处理的3倍(图2)。2 b)。

图2
figure2

的组织表达模式GsMATE。一个的组织表达模式GsMATE。b的表达GsMATE在根节中。组织样品取自BW69和JW81幼苗。萌发后2 d,将20株幼苗移栽到0 μM和50 μM AlCl溶液中3.(pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2)。在AlCl处理6 h后,从幼苗根部(0-2、2-4和> 4 cm处)获得样品3.治疗。数据用三个生物重复的平均值±SE表示;根据方差分析(t检验),各列集上相同字母表示差异不显著,不同字母表示差异有统计学意义;p= 0.05)。BW69、JW81:两行甘氨酸大豆。数据测量采用Image J软件,分析采用SPSS20软件,绘图采用EXCEL2000软件

GsMATE对酸性铝的响应分析

GsMATE在不同的铝浓度梯度下,BW69和JW81野生大豆系的表达量是对照条件下的4- 12倍(图2)。3)。的GsMATE基因在50 μM AlCl处理下表达量最高3.在铝敏感的JW81中检测到的含量明显高于耐铝的BW69,高达12倍。相反,当AlCl浓度较高时3.(75和100 μM);GsMATE抗铝系BW69的表达量显著高于铝敏感系JW81(图2)。3)。

图3
图3

的模式GsMATE酸性铝暴露后的表达。一个的模式GsMATE酸性铝暴露下的表达b的时间表达模式GsMATE酸性铝暴露下。发芽2天后,将幼苗转移到0、25、50、75和100 μM AlCl的溶液中3.(pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2)。6 h后,从幼苗上取根尖样品(长6 cm),用于分析GsMATE表达模式。的时态表达模式分析GsMATE幼苗(萌发后2天)在0.5 mM氯化钙溶液中培养2(pH 4.3) 24h,然后转移到50 μM AlCl溶液中3.(pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2)。分别在处理2、4、6、8、12和24 h后获得6 cm长的根尖样品。数据用三个生物重复的平均值±SE表示;根据方差分析(t检验),每列集上相同的字母表示差异不显著,不同的字母表示差异有统计学意义。p= 0.05)。BW69、JW81:两行甘氨酸大豆。数据分析采用SPSS20,绘图采用EXCEL2000

的时态表达模式GsMATE对酸性铝暴露的反应进行了24小时的分析(图2)。3 b)。虽然表达水平GsMATE在pH值为5.8时表达量较低,但在pH值为4.3时表达量明显高于pH值4.3时的表达量,BW69和JW81的表达模式相似。抗铝系BW69对铝胁迫的响应比铝敏感系JW81早2 h,表达量最高GsMATE在处理6 h和8 h后,两条线分别检测到8.6倍和11倍(图2)。3 b)。

GsMATE的亚细胞定位

为了检查其亚细胞定位GsMATE在CaMV 35S启动子的控制下,该序列在5 '端与GFP报告基因融合。然后将编码GsMATE-GFP融合蛋白和GFP单独的重组构建体(pYL322-d1-eGFP载体)转化为拟南芥原生质体热休克。如图所示。4GsMATE-GFP融合蛋白主要聚集在细胞膜上,位于细胞膜上的绿色荧光信号较强。相比之下,单独使用GFP可以观察到整个细胞发出绿色荧光(图2)。4 d)。这些观察结果与预测的GsMATE作为膜蛋白的功能一致3.:图S1b)。

图4
装具

GsMATE蛋白定位分析。一个GsMATE-GFP融合蛋白或单独GFP的定位拟南芥原生质体;be对应的亮场图像;cf。合并后的图像;dpYL322-d1-eGFP向量。将GsMATE的完整编码序列(不含TAA)克隆到gfp中,构建GsMATE- gfp融合载体Bam你好,KpnpYL322-d1-eGFP载体的1个位点。拟南芥原生质体采用热激法转化。24 h后,荧光显微镜观察GFP或GsMATE-GFP融合蛋白的表达(由CaMV 35S启动子驱动)

GsMATE转基因系的产生及分子鉴定

超过19个GsMATE转基因T1通过PCR扩增pCAMBIA1301载体编码的潮霉素基因进一步鉴定(数据未显示)。结果表明:GsMATE已融入拟南芥基因组(附加文件)4:图S2a)。转基因T2采用qRT-PCR方法鉴定GsMATE超表达在拟南芥在RNA水平上两种转基因GsMATE本研究选择了耐酸性铝的品系进行表型和抗酸性铝机制的研究4:图S2b)。

GsMATE增强拟南芥对铝毒性的耐受性

调查…的反应GsMATE抗铝胁迫的转基因品系;拟南芥幼苗暴露于AlCl中3.分别在0、50、100、150 μM下放置7天。结果表明:在不同生长条件下,黄芪的相对根长(主根和侧根)不同GsMATE在50 μM AlCl和100 μM AlCl的铝胁迫下,转基因品系的表现明显高于野生品系(>80%)3.(无花果。5)。但在150 μM AlCl3.,根伸长完全被抑制GsMATE转基因系和野生型拟南芥表现出相似的表型和相对根长(图2)。5)。此外,拟南芥幼苗在铝胁迫下表现出相似的抗铝表型(附加文件)5:图S3)。这些结果表明GsMATE过表达可提高铝应力的耐受性拟南芥

图5
figure5

GsMATE增加转基因拟南芥品系的铝耐受性。一个铝耐受性表型GsMATE在转基因系中b相对根长统计分析。WT:野生型拟南芥(Col-0);OX1 / OX2:GsMATE过表达转基因系。发芽2天后,将幼苗移入含有0、50、100和150 μM AlCl的培养基中3.(pH 4.3, 0.5 mM氯化钙2)。培养7天后,可获得GsMATE记录转基因株系进行统计分析。数据用三个生物重复的平均值±SE表示(t检验;p= 0.05)。使用Image J软件测量数据,使用SPSS20进行分析,并使用EXCEL2000进行绘图

进一步确认…的参与GsMATE抗铝毒性,T3.一代拟南芥幼苗在1/2 MS培养基中发育12天后收获,然后用AlCl处理3.(0、50、100、150 μM)浸泡30 minGsMATE转基因株系强度随铝浓度的增加而增加。此外,在相同的AlCl浓度下3.野生型根的苏木精染色强度要大得多拟南芥秧苗比那些大GsMATE转基因植物(附加文件5:图S3)。这些观察表明,GsMATE可能通过抑制铝在根部的积累来增强转基因植株对铝毒性的抗性。

讨论

本研究旨在探讨GsMATE基因对酸性铝的反应。先前的报道表明,MATE蛋白在细菌、真菌、植物和哺乳动物中代表了一个大家族,可以运输多种底物[14]。以运输柠檬酸盐为特征的植物MATE蛋白参与了包括铝耐受性在内的几个生理过程[1615161718192122232426],铁转运[2330.32]、重金属[33],毒素[34],尼古丁的空泡转运[34353637]、氯离子通道[38];ABA外排[39];次生代谢物如生物碱、类黄酮和花青素的运输[36404142];还有磷的利用率。在这项研究中,aGsMATE从野生大豆BW69系中克隆了一个al激活的柠檬酸盐MATE转运体基因,并对其功能特性及其在植物中的潜在作用进行了研究。我们的研究结果表明GsMATE在柠檬酸盐分泌中起作用。首先,GsMATE主要在根中表达,其表达模式被Al特异性上调,在根尖中表达水平较高(图2)。12)。其次,与参与al诱导的柠檬酸盐分泌的其他MATE转运蛋白类似,GsMATE蛋白也主要定位于原生质体的质膜(图2)。4)。

大豆MATE家族很大,至少有117个成员,位于1 ~ 20号染色体上,分布不均匀。大多数MATE基因表现出组织特异性表达模式[54];然而,对MATE转运体的全基因组关联分析表明,大豆MATE家族可分为4个亚家族,共包含10个较小的亚群,它们具有不同的潜在功能,包括化合物的挤出、抗病调节、类黄酮或生物碱的运输和积累以及对非生物胁迫的响应[j]。54]。基于先前报道的MATE蛋白,进一步分析发现8个聚在一起的大豆MATE转运蛋白与Al解毒和铁转运有关[54]。在本研究中,利用已报道的MATE蛋白和8种大豆MATE转运蛋白的可用氨基酸序列进行系统发育分析。同源性分析表明,GsMATE与8个Al诱导的大豆MATE转运蛋白聚集在III组,覆盖了Al解毒和铁转运(图2)。1)。氨基酸序列比对表明,GsMATE与GmMATE47在c端只有一个不同的氨基酸(数据未显示)。此外,GmMATE87与GmFRD3a序列相同,GmMATE47与GmFRD3b序列相同[31],除了GmMATE47的n端末端有15个额外的氨基酸(图2)。1,数据未显示)。先前的研究表明,铁效参考品种威廉姆斯82缺铁诱导的GmFRD3a和GmFRD3b的表达在大豆铁转运中起作用[31]。差异基因表达分析表明GmMATE47GmMATE87与铝解毒和铁转运有关。而GmMATE75,是8个已确定的大豆耐铝MATE基因中的候选基因,在铝胁迫下迅速上调[54]。在我们的研究中,GsMATE增强了对铝应力的抵抗能力拟南芥(无花果。5)。因此,本研究结果为进一步研究大豆耐铝候选基因等大豆MATE基因的功能奠定了基础。

结论

GsMATE该基因编码一种在大豆根系中富集的跨膜蛋白,在酸性铝的作用下表达上调。GsMATE过表达增强了转基因动物对铝毒性的抗性拟南芥植物。这些结果表明,GsMATE蛋白可能通过介导根内柠檬酸外排来参与铝的外解毒。

缩写

阿坝:

脱落酸

艾尔:

BW69和JW81:

两行甘氨酸大豆

cd:

编码序列

g:

甘氨酸大豆

配偶:

多药、有毒化合物挤压

NCBI:

国家生物技术信息中心

子:

开放式阅读框

OX1 / OX2:

过表达转基因系GsMATE

WT:

广型拟南芥(Col-0)

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下载参考

致谢

作者在此感谢Dr. Karen byssouth (The Peerwith Team)和Dr. Bo Zhang(美国弗吉尼亚理工大学助理教授)对本文英文语言的改进。我们非常感谢华南农业大学的潘庆华教授和刘耀光教授分别为我们提供了35S::ARF19IV-mCherry载体和pYL322-d1-eGFP载体。

资金

国家自然科学基金(31771816,31371642,30971814)、转基因生物新品种培育重大专项(2016ZX08004002-007)、中国农业科学研究系统(cas -04- ps09)、华南农业大学本科植物生物学研究项目(6900-32990369)、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室项目(4100-M13024)。

数据和材料的可用性

序列数据可从附加文件获得2和NCBI的GenBank,登记号为XM_006575183 (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi # alnHdr_ 955307808)。支持本文结论的任何其他数据集都包含在文本和附加文件中。

作者信息

从属关系

作者

贡献

QM, XL和HN设计了这项研究。RY进行了基因克隆、载体构建、表达模式分析、遗传转化拟南芥GsMATE蛋白定位。LL、ZC完成了对铝毒性的抗性表型分析。YC和YM对所有植物进行了繁殖和准备,用于研究实验。ZL、ZT、YZ、HH进行了分子鉴定GsMATE转基因植物。XY、XZ和QZ进行基因测序、基因生物信息学分析和苏木精染色。QM, RY, XL和HN准备了手稿。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。

相应的作者

对应到Xiuping李海年

道德声明

伦理批准并同意参与

不适用。

发表同意书

不适用。

相互竞争的利益

作者宣称他们没有竞争利益。

出版商的注意

施普林格·自然对已出版的地图和机构关系中的管辖权要求保持中立。

附加文件

附加文件1:

引物列表。(docx18kb)

附加文件2:

的CDS排序信息GsMATE。(docx16kb)

附加文件3

GsMATE蛋白的推定结构域和TMs。(docx702kb)

附加文件4:

GsMATE转基因拟南芥品系的分子鉴定。(docx272kb)

附加文件5:

苏木精染色法鉴定转基因GsMATE拟南芥系。(DOCX 119kb)

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开放获取本文遵循知识共享署名4.0国际许可协议(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/),它允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制,前提是您要适当地注明原作者和来源,提供到知识共享许可协议的链接,并注明是否进行了修改。创作共用公共领域免责声明(http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)适用于本文中提供的数据,除非另有说明。

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马强,易,荣,李,利。et al。GsMATE编码一种多药毒性化合物挤压转运蛋白可提高铝的耐受性拟南芥BMC Plant Biol18,212(2018)。https://doi.org/10.1186/s12870-018-1397-z

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关键字

  • GsMATE
  • 艾尔宽容
  • 甘氨酸大豆
  • 拟南芥