摘要
玉米是我国重要的粮饲兼用作物，其籽粒中锌铁等微量元素对于动植物的生长发育不可或缺。黄色条纹蛋白（YellowStripeLike,YSL）是一类参与金属离子吸收及转运的跨膜蛋白，在保持植物体内锌铁平衡中发挥重要作用。通过解析ZmYSL功能，可以深入了解作物锌铁代谢规律，为作物锌铁强化提供基因资源。本研究鉴定到ZmYSL家族的19个基因，对这些基因的染色体定位、基因结构、启动子区顺式元件等进行了生物信息学分析，检测了时空表达模式及锌铁离子应答水平，并对ZmYSL的亚细胞定位及不同形式的锌铁底物选择性开展了研究。主要结果如下： 1.通过BlastP和Pfam两种方法鉴定到19个ZmYSL，除已报道的ZmYS1和ZmYSL2，其余17个ZmYSL依次命名为ZmYSL3-ZmYSL19。ZmYSL分为四个亚族，分布在玉米的第2、4、5、8和10染色体上。虽然它们基因结构有差异，但其蛋白结构相对保守。ZmYSL蛋白由631~727个氨基酸组成，含有11~16个跨膜结构域。在ZmYSL蛋白的N端以及第7与第8跨膜域之间分别有一段高度可变区，可能和金属离子的识别与结合有关。启动子区顺式作用元件分析显示：该区含有与呼吸作用相关的ARE缺氧调控元件、缺氧诱导增强子样元件以及GC-Motif元件；光响应相关元件；ABA激素调控通路中的ABRE元件等。 2.为了研究ZmYSL基因的时空表达模式对其功能的影响，通过qPCR检测ZmYSL在不同组织中的表达水平，并联合公开的RNA-Seq数据开展分析，结果表明：ZmYSL基因在不同组织和发育时期呈现差异表达，表明YSL家族基因分别在玉米植株形态建成（ZmYS1、ZmYSL11）、营养生长（ZmYSL3、ZmYSL8）、生殖生长（ZmYSL12-ZmYSL19）以及籽粒发育（ZmYSL2、ZmYSL5）中发挥重要作用。 3.为确定ZmYSL对外界锌铁水平的应答，将三叶一心期幼苗进行锌铁胁迫处理，通过qPCR对ZmYSL的表达水平进行检测，结果表明：在缺铁条件下，ZmYS1在根中受强烈诱导，ZmYSL18在地上部受强烈诱导；在缺锌条件下，ZmYSL18在根中诱导最显著：ZmYSL3在地上部和根中均受到强烈诱导。说明YSL家族基因在长期进化过程中经历了功能分化。 4.为了研究ZmYSL亚细胞定位对其功能的影响，将ZmYSL::GFP融合蛋白与内质网Marker以及PIP2A膜定位Marker在玉米叶肉原生质体中共转化，结果表明：ZmYSL均定位于质膜，与WoLFPSORT和Plant-mPLoc预测ZmYSL定位于质膜的结果一致。 5.为了确定ZmYSL的不同形式的锌铁底物选择性，在酵母突变株DEY1453（fet3fet4）和ZHY3（zrt1zrt2）中进行功能互补实验。结果表明：ZmYSL15转运Fe2+能力最强，ZmYSL4转运Fe2+-NA、Fe3+能力最强，ZmYSL15转运Fe3+-NA能力最强，ZmYSL13与ZmYSL15转运Zn2+、Zn2+-NA能力相当，锌离子浓度较低时ZmYSL13转运能力较强；转运底物为Zn2+-NA时，ZmYSL15转运能力较强。
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