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桃镁离子转运蛋白MGT基因家族鉴定与表达分析

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园艺学报 2024年第3期51卷 463-478页

作者：周平颜少宾郭瑞金光福建省农业科学院果树研究所福建省落叶果树工程技术研究中心福州350013

为研究桃树镁离子转运蛋白(Magnesium Transporters,MGT)家族基因在镁离子运输中所起的作用,全基因组鉴定、分析了桃树MGT家族成员(PpMGT),并研究外源施镁对PpMGT基因表达的影响。通过同源比对、保守位点分析鉴定获得了8个PpMGT,在Chr1... 详细信息

为研究桃树镁离子转运蛋白(Magnesium Transporters,MGT)家族基因在镁离子运输中所起的作用,全基因组鉴定、分析了桃树MGT家族成员(PpMGT),并研究外源施镁对PpMGT基因表达的影响。通过同源比对、保守位点分析鉴定获得了8个PpMGT,在Chr1、Chr3、Chr6、Chr8染色体上不均匀分布。系统发育研究表明植物MGT家族可分为5个分支,各分支成员数存在差异。基因和蛋白结构分析发现PpMGT含有4~13个外显子,蛋白中存在10个保守基序,启动子上游分布有不同数量的胁迫响应、转录调控、节律调控、激素响应和发育调控元件。PpMGT在桃树花、果、叶、根器官均有表达且具有组织表达特异性。桃树外源喷施MgCl224 h后,检测到PpMGT转录表达变化。喷施镁使叶片、果皮出现不同的差异表达基因类群,均涉及光合途径。研究发现PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8与喷镁后光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b蛋白复合体基因表达变化正相关。异源表达PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8可补偿Mg2+转运缺陷突变株MM281(鼠伤寒沙门氏菌突变株)生长缺陷,表明PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8具有镁离子转运功能。根据序列特征、表达模式及外源镁喷施结果,推测PpMGT可能具有功能分化,通过协同作用调节桃树镁转运,PpMGT4、PpMGT6、PpMGT8的表达变化可能与外源镁摄入和利用相关。

关键词：桃镁镁离子转运蛋白基因表达功能分化

木薯镁离子转运蛋白家族基因的鉴定及生物信息学分析

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生物技术通报 2024年第9期40卷 20-32页

作者：谭博文张懿张鹏王振宇马秋香海南大学热带农林学院海口570228 中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海200032 中国科学院大学北京100049 广东省科学院南繁种业研究所广州510316

【目的】镁离子转运蛋白(magnesium transporters,MGT)是重要的镁离子运输体,通过分析木薯MeMGT家族基因的基本信息及所编码蛋白质的物理化学特性,为进一步研究其功能提供指导。【方法】通过同源序列比对,从木薯基因组数据库中筛选出13... 详细信息

【目的】镁离子转运蛋白(magnesium transporters,MGT)是重要的镁离子运输体,通过分析木薯MeMGT家族基因的基本信息及所编码蛋白质的物理化学特性,为进一步研究其功能提供指导。【方法】通过同源序列比对,从木薯基因组数据库中筛选出13个MeMGTs基因,分别将其命名为MeMGT2;1-MeMGT10;2。运用生物信息学方法对这些基因进行染色体定位分析、保守序列功能预测和系统发育树分析,并对所编码的蛋白质理化性质和结构功能进行预测。【结果】染色体定位分析显示13个MeMGTs基因分布在8条染色体上,基因的外显子数量在4-13个之间。组织表达模式分析表明MeMGTs基因在不同发育阶段表达水平不同,其中MeMGT4;2主要在须根和储藏根中表达,推测该基因可能主要在根的发育过程中发挥作用;MeMGT7主要在木薯叶片、中脉及茎中表达,推测其可能主要在镁离子的长距离运输过程中发挥作用。顺式作用元件预测结果显示MeMGTs基因的启动子序列中含有大量光响应和激素响应元件,暗示其受多种因子调控。分析木薯与部分模式植物MGT基因家族的系统发育树,发现这些蛋白被分为5类。蛋白序列特征分析显示MeMGTs蛋白均为亲水性蛋白,具有2个跨膜结构和保守的镁转运蛋白三肽基序Gly-Met-Asn(GMN),且不含信号肽。蛋白磷酸化分析表明MeMGTs基因家族具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点,该基因家族的蛋白可能通过这些位点发挥作用。【结论】MeMGTs基因表达受光、激素、干旱和低温响应等多种元件调控,可能在木薯的生长发育和逆境胁迫中发挥用。

关键词：木薯镁离子转运蛋白 MeMGTs基因家族基因鉴定生物信息学

番木瓜镁离子转运蛋白基因CpMGT1的克隆与功能分析

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热带作物学报 2022年第6期43卷 1114-1121页

作者：许迎港邹智郭静远孔华朱国鹏郭安平海南大学园艺学院海南海口570228 中国热带农业科学院三亚研究院海南三亚572024 海南省南繁生物安全与分子育种重点实验室/中国热带农业科学院热带生物技术研究所海南海口571101

镁是一种大量金属营养元素,其在植物的生长、发育、光合、胁迫响应等生物学过程中起重要作用。在高等植物中,Mg;的吸收、运输、分布和再分配主要由镁离子转运蛋白(MGT/MRS2)和Mg;/H;交换体(MHX)介导。其中,MGT/MRS2又名CorA,最先在鼠伤... 详细信息

镁是一种大量金属营养元素,其在植物的生长、发育、光合、胁迫响应等生物学过程中起重要作用。在高等植物中,Mg;的吸收、运输、分布和再分配主要由镁离子转运蛋白(MGT/MRS2)和Mg;/H;交换体(MHX)介导。其中,MGT/MRS2又名CorA,最先在鼠伤寒沙门氏菌中被发现,后在拟南芥、水稻等模式植物中进行了较为深入的研究。番木瓜(Carica papaya L.)是一种隶属于十字花目番木瓜科的重要热带果树,至今还未见有关MGT基因的报道。本研究基于番木瓜的基因组和转录组数据,采用RT-PCR技术成功克隆到一个MGT基因(CpMGT1),应用生物信息学手段预测蛋白的理化特性和保守基序,运用qRT-PCR分析基因的表达模式,利用缺失CorA、MgtA和MgtB的沙门氏菌突变株MM281进行功能互补。结果表明:CpMGT1的编码区为1332 bp,预测编码443 aa,理论分子量为50.43 kDa、等电点为5.12;该蛋白含有2个疏水跨膜区(TM1和TM2),其中TM1包含高度保守的GMN基序;进化及亚细胞定位分析表明CpMGT1与拟南芥中AtMGT1和AtMGT2的亲缘关系较近,定位于细胞膜;定量分析显示CpMGT1基因为组成型表达,其中在根、茎和果实中的表达量较高;在MM281中异源表达可显著提高工程菌在低Mg;浓度下的生长速率,表明CpMGT1具有高效的Mg;转运活性。CpMGT1的克隆与鉴定为进一步揭示番木瓜MGT基因在不同组织特别是在果实中Mg;的积累机制奠定了坚实的基础。

关键词：番木瓜镁离子转运蛋白表达分析沙门氏菌功能互补

巴西橡胶树镁离子转运蛋白基因HbMGT10的克隆及表达分析

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热带作物学报 2016年第12期37卷 2353-2358页

作者：阳江华秦云霞方永军唐朝荣中国热带农业科学院橡胶研究所农业部橡胶树生物学重点开放实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海南儋州571737

Mg^(2+)是植物细胞中含量最高的二价阳离子,是多种酶活性调控的辅因子,在植物的生长发育过程中发挥重要作用;同时,作为叶绿素分子的中心原子,在植物光合作用中起着至关重要的作用,但目前有关高大乔木叶片中Mg^(2+)跨膜运输的研究还很少... 详细信息

Mg^(2+)是植物细胞中含量最高的二价阳离子,是多种酶活性调控的辅因子,在植物的生长发育过程中发挥重要作用;同时,作为叶绿素分子的中心原子,在植物光合作用中起着至关重要的作用,但目前有关高大乔木叶片中Mg^(2+)跨膜运输的研究还很少。MGT/MRS2类型的镁离子转运蛋白在植物镁离子的跨膜运输过程中起着重要的作用,本文克隆研究了一个巴西橡胶树MGT基因,HbMGT10。亚细胞定位显示,HbMGT10定位于叶绿体膜上;酵母互补实验表明,HbMGT10具有镁离子转运功能;qRT-PCR分析结果显示,HbMGT10主要在橡胶树叶片中表达,且是叶片中表达丰度最高的HbMGT基因;HbMGT10在叶片中的表达存在明显的发育调控,随叶片发育进程表达量明显增加,在淡绿期和稳定期表达量最大;HbMGT10在成熟叶片中的表达呈现明显的日变化,在光强度最大的12:00~16:00的表达量最大。由此推测,HbMGT10在橡胶树叶片叶绿体膜的镁离子跨膜转运过程中起着重要的作用,参与了橡胶树叶片叶绿体的发育,以及叶绿体中镁离子浓度的调控,以适应橡胶树叶片的光合作用。

关键词：巴西橡胶树镁离子转运蛋白镁离子 HbMGT10 叶绿体

辣椒镁离子转运蛋白家族的分子鉴定和功能分析

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辣椒镁离子转运蛋白家族的分子鉴定和功能分析

作者：杜婧婧湖南师范大学

学位级别：硕士

镁(Mg)是植物生长的重要元素,在生长发育过程中起必不可少的作用。植物中镁离子的转运和稳态主要由镁离子转运体MRS2/MGT(mitochondrial RNA splicing 2/Magnesium Transporter)维持。辣椒(Capsicum annuum L.)为茄科辣椒属植物,是全世... 详细信息

镁(Mg)是植物生长的重要元素,在生长发育过程中起必不可少的作用。植物中镁离子的转运和稳态主要由镁离子转运体MRS2/MGT(mitochondrial RNA splicing 2/Magnesium Transporter)维持。辣椒(Capsicum annuum L.)为茄科辣椒属植物,是全世界范围内最重要的蔬菜作物之一,我们就辣椒属植物的MRS2/MGT进行了分子鉴定和功能分析,主要研究结果如下:1.对辣椒(Capsicum annuum L.)的MGTs进行了生物信息学研究:从三大测序基因组(CM334、glabriusculum和zunla)中分别鉴定出9个假定的CaMGTs、6个假定的Capang MGTs和10个假定的Capana MGTs,并进一步研究了它们的系统发育、基因结构、保守基序和染色体位置。通过系统发育分析,将这些MGTs基因分为五个不同的组,它们与拟南芥和水稻中的MRS2/MGT基因明显同源。2.从CM334基因组中成功克隆到所有CaMGTs基因的CDS(Coding sequence)片段。利用鼠伤寒沙门氏菌突变体mm281对CaMGTs进行的互补试验表明,CaMGT基因能够介导Mg的吸收和转运,与Mg的亲和性存在差异。CaMGT1.2和CaMGT4.2可能为高亲和性蛋白,CaMGT3、CaMGT4.1和CaMGT10可能为低亲和性蛋白。3.组织表达模式分析结果表明,CaMGTs基因在所有组织中均有表达且显示出特定的表达模式。所有的CaMGTs基因在茎中的表达量都呈现低水平;CaMGT10在叶中的表达量最高;CaMGT7在花中的表达量最高;CaMGT1.1和CaMGT4.1主要在叶和花中表达并且在各个组织表达量差异的显著性水平相似,其余基因则不同。这暗示它们可能参与不同器官独特的生理代谢。***10昼夜节律表达模式分析发现,周期为24小时,峰值总是出现在日光一开始,低谷总是出现在日光的尽头。与已报道的水稻MGT(Os MGT3)、玉米MGT(Zm MGT12)的昼夜节律一致。在不同镁浓度处理条件下,CaMGT10基因的表达量变化趋势与镁浓度变化相似。高镁条件下,CaMGT10表达上调;反之,CaMGT10表达下调。与此同时,不同镁浓度下辣椒SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)值(叶绿素含量)、光合速率、生物量及表型的变化与CaMGT10转录水平的变化相似,表明CaMGT10在辣椒中具有Mg吸收和转运的功能。

关键词：镁离子转运蛋白生物信息学功能互补表达模式昼夜节律辣椒

番木瓜镁离子转运蛋白家族基因鉴定及转录特征分析

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东南园艺 2023年第1期11卷 1-6页

作者：周平岳晶晶颜少宾郭瑞金光福建省农业科学院果树研究所/福建省落叶果树工程技术研究中心福建福州350013 福建农林大学基因组与生物技术中心/福建省海峡植物应用系统生物学重点实验室/作物遗传育种与综合利用教育部重点实验室福建福州350002

镁离子转运蛋白(Magnesium transporter,MGT)是植物体内镁离子吸收运输的重要转运子。为系统研究番木瓜MGT家族(CpMGTs)特征,鉴定了基因家族成员并分析其蛋白特征和基因转录模式。结果表明番木瓜基因组含5个CpMGT家族成员(CpMGTa-CpMGT... 详细信息

镁离子转运蛋白(Magnesium transporter,MGT)是植物体内镁离子吸收运输的重要转运子。为系统研究番木瓜MGT家族(CpMGTs)特征,鉴定了基因家族成员并分析其蛋白特征和基因转录模式。结果表明番木瓜基因组含5个CpMGT家族成员(CpMGTa-CpMGTe),氨基酸数387~491个,分子量43.95~54.84 KD,定位于细胞核、细胞质、叶绿体、过氧化物酶体等亚细胞结构。基于转录组测序,发现CpMGTs的表达具有组织特异性,成熟叶、幼花与根器官中优势表达的CpMGT不同。根、花器官中CpMGTc表达具有性别差异性;CpMGTb和CpMGTd跨季节转录变化在雌雄番木瓜幼花中也存在特定差别。这些发现揭示CpMGTs表达模式及性别差异性表达特征,为研究基因功能奠定基础。

关键词：番木瓜镁离子转运蛋白表达性别

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镁离子及其转运蛋白SLC41A1、MagT1、CNNM2的基因表达在6-OHDA诱导的PD模型大鼠中的变化及意义

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镁离子及其转运蛋白SLC41A1、MagT1、CNNM2的基因表达在6-OHDA诱...

作者：伍兵福建医科大学

学位级别：硕士

目的：1.研究补镁是否可以改善6-OHDA诱导的偏侧PD大鼠的运动症状;2.补镁能否拮抗6-OHDA对大鼠黑质纹状体多巴胺系统的损伤;3.镁离子转运蛋白SLC41A1、MagT1、CNNM2在6-OHDA诱导的偏侧PD大鼠中的表达变化和意义，以及补镁对其表达影响... 详细信息

目的：1.研究补镁是否可以改善6-OHDA诱导的偏侧PD大鼠的运动症状;2.补镁能否拮抗6-OHDA对大鼠黑质纹状体多巴胺系统的损伤;3.镁离子转运蛋白SLC41A1、MagT1、CNNM2在6-OHDA诱导的偏侧PD大鼠中的表达变化和意义，以及补镁对其表达影响。方法：1.采用脑立体定位术将8g6-OHDA注入SD大鼠右侧脑束（MFB: AP-4.4mm;ML1.5mm;DV8.5mm from the skull）损毁黑质纹状体多巴胺系统;2.治疗实验从术后2W开始，在日常饮用水中补充3.6g/L的MgSO47H2O，分别饲养2W和4W，通过阿扑吗啡（Apomorphine，APO）诱导的旋转实验评价治疗效果;3.预防实验从术后半小时开始，每天腹腔注射90mg/kg的MgSO47H2O，分别持续1W和2W，通过APO诱导的旋转实验、Curling test以及TH免疫组化评价6-OHDA对大鼠脑黑质纹状体多巴胺系统的损伤程度;4.通过q-PCR及Western blot检测补镁治疗2W、4W及补镁预防1W、2W，各实验组大鼠纹状体内镁离子转运蛋白SLC41A1、MagT1、CNNM2基因的表达。结果：1.治疗实验结果显示，补镁2W及4W后，PD补镁组与PD组相比，APO诱导的向健测旋转圈数明显减少，其中PD补镁2W组的旋转圈数447±53r/30min，与对照组大鼠的旋转圈数312±47r/30min相比，在统计学上有显著差异(P蛋白表达均明显低于对照组（P蛋白表达水平明显高于对照组（P<0.05）。结论：1.补镁可改善PD大鼠的运动症状;2. SLC41A1、MagT1、CNNM2可能参与了6-OHDA诱导的细胞损伤过程，其表达降低的机制尚不明确;SLC41A1、MagT1、CNNM2在偏侧PD大鼠纹状体内表达增高，可能与PD脑内的低镁状态有关。

关键词：帕金森病 6-OHDA 镁离子转运蛋白 SLC41A1 MagT1 CNNM2

玉米ZmMGT0基因过表达载体的构建及拟南芥遗传转化研究

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华北农学报 2017年第6期32卷 1-7页

作者：李洪有张素芝陈庆富贵州师范大学荞麦产业技术研究中心贵州贵阳550001 四川农业大学玉米所农业部西南玉米生物学与遗传育种重点实验室四川成都611130

CorA/MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白在维持植物镁离子平衡中具有重要作用。为探讨一个表达受缺镁胁迫诱导的玉米MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白基因ZmMGT10在缺镁胁迫中的功能,构建了ZmMGT10的过表达载体并遗传转化拟南芥,获得了转基因拟南芥... 详细信息

CorA/MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白在维持植物镁离子平衡中具有重要作用。为探讨一个表达受缺镁胁迫诱导的玉米MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白基因ZmMGT10在缺镁胁迫中的功能,构建了ZmMGT10的过表达载体并遗传转化拟南芥,获得了转基因拟南芥株系。同野生型拟南芥植株相比,过表达ZmMGT10增加了低镁胁迫生长下转基因植株的生物量、根长和叶绿素浓度。进一步研究表明,在低镁生长条件下,转基因植株的根和叶中积累的镁离子含量均明显高于野生型植株。此外,在低镁生长条件下,转基因植株根对镁离子的吸收能力明显强于野生型植株。结果表明,过表达ZmMGT10基因可以增强转基因拟南芥植株对低镁胁迫的抵抗。

关键词：玉米 ZmMGT10 镁离子转运蛋白拟南芥转基因植株

水稻镁离子转运体基因OsMHX1的表达特征及其在镁营养和耐铝毒中的功能解析

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水稻镁离子转运体基因OsMHX1的表达特征及其在镁营养和耐铝毒中的...

作者：武法池南京农业大学

学位级别：硕士

镁是植物细胞质中含量最丰富的二价阳离子,其参与了很多重要的生理代谢过程,例如,它是叶绿素的组成成分,参与叶绿体中碳的固定,维持基因组结构的稳定,是许多酶活反应的催化剂,包括RNA酶、蛋白激酶的合成,参与磷酸化和去磷酸化作用、光... 详细信息

镁是植物细胞质中含量最丰富的二价阳离子,其参与了很多重要的生理代谢过程,例如,它是叶绿素的组成成分,参与叶绿体中碳的固定,维持基因组结构的稳定,是许多酶活反应的催化剂,包括RNA酶、蛋白激酶的合成,参与磷酸化和去磷酸化作用、光合作用以及许多碳水化合物的水解反应。目前已有实验证明,提供充足的镁能够减轻铝离子对植物体的毒害。但是由于近年来长期偏重施用氮肥和磷肥,含镁的有机肥的使用量逐年下降,最终导致镁离子的缺乏成为植物中普遍存在的一个问题,严重影响作物产量。本研究以野生型水稻(冬粳和日本晴)为材料,采用RT-PCR的方法克隆到OsMHX1基因序列,生物信息学分析显示该基因是组成型表达,而且在花药和叶片中表达量最高。为了鉴定OsMHX1基因的表达特征,我们用OsMHX1基因的启动子融合GUS报告基因,通过GUS检测及树脂切片分析,我们发现该基因在叶片、茎、根茎结合处以及根尖都有表达,且其表达受缺镁诱导。功能互补结果显示,OsMHX1能够部分回补镁离子缺失突变株CM66的镁离子吸收能力,转有OsMHX1基因的菌株能够在含有0.1mM Mg2+的培养基上生长,但是只转有空载体的菌株只能在高于4 mM Mg2+的培养基上生长,并且同样的结果在液体培养基中也得到了验证,说明OsMHX1基因与酵母中的镁离子吸收有关。为了鉴定OsMHX1基因在水稻中的生理功能,我们构建了OsMHX1-overexpression材料和OsMHX1-RNAi材料,并从日本突变体库中购买到该基因的一个T-DNA插入突变体,将所有转基因材料和野生型材料一同在含有不同镁离子浓度的水培条件下培养21天,观察其表型,以及测定每个株系中镁离子含量。结果显示,在缺镁条件下,T-DNA插入突变体植株和OsMHX1-RNAi植株的叶片严重发黄并出现坏死现象,水稻植株的各个部位中镁离子的含量明显降低,而超表达材料的叶片发黄程度较轻,植株中镁离子含量较高,说明OsMHX1基因编码的蛋白与植物中镁离子的吸收和分配有关。将野生型和转基因材料分别在含有0 mM Mg2++ 0.05 mM Al3+,0.05 mM Mg2++0.05 mM Al3+,1mMMg2++ 0.05 mMAl3+ 以及 1mMMg2++0mMAl3+ 的水培条件下培养21天,观察表型,及测定每个株系中镁离子、铝离子的含量。结果显示,在低镁外加铝胁迫的情况下,T-DNA插入突变体的叶片严重发黄,干重减少,根长变短,根中铝离子含量明显升高,而镁离子的含量明显降低,但超表达材料从表型到离子含量与野生型相比没有明显差异,说明OsMHX1基因编码的蛋白具有一定的耐铝毒性。综上所述,本研究首次对水稻中的OsMHX1基因的功能进行了验证,实验结果表明,水稻OsMHX1基因所编码的蛋白具有吸收和分配镁离子的功能,且具有一定耐铝毒胁迫的能力。

关键词： OsMHX1基因镁离子转运蛋白功能互补耐铝毒性