甘蔗与野蔗中镁转运蛋白MGR2的差异性Mg2?响应及物种特异性的转录调控

《BMC Plant Biology》：Distinct Mg2? responses and species-specific transcriptional regulation of the magnesium transporter MGR2 in Saccharum officinarum and Saccharum spontaneum

　　

摘要

背景

镁（Mg2?）对叶绿素合成、酶的激活以及光合作用至关重要，但两种甘蔗属原始物种（Saccharum officinarum和Saccharum spontaneum）在镁离子平衡调节方面的差异尚不清楚。

研究结果

我们系统研究了S. spontaneum和S. officinarum中的MGR基因家族，发现这两种物种对镁离子可用性的生理反应存在差异。通过分析叶片发育不同阶段及昼夜周期内的表达情况，发现了MGR2的物种特异性转录动态，这表明它们在镁离子调控机制上存在差异。在缺镁的Salmonella typhimurium MM281突变体中进行的功能互补实验表明，SsMGR2和SoMGR2都能恢复镁离子的吸收，从而证实了它们具有保守的运输功能。在水稻中过表达SsMGR2可提高其在缺镁条件下的生物量，并增强其对镁离子过量的耐受性，这说明该基因在维持镁离子平衡中起着重要作用。通过对启动子结构及转录因子的分析，进一步发现了物种间的差异，BBX25、COL5和WRKY19-2等转录因子存在物种特异性的调控相互作用，这可能解释了MGR2表达上的差异。

结论

总体而言，研究结果表明S. spontaneum和S. officinarum在镁离子响应及MGR2调控模式上存在差异，体现了这两种原始物种在维持镁离子平衡方面的不同策略。这项研究为了解甘蔗中镁离子的运输机制提供了新见解，同时初步确定了有助于提高养分利用效率及抗逆能力的候选基因和调控因子。