1、鋅和鐵是植物生長發(fā)育所必需的微量營養(yǎng)元素，在植物體內(nèi)的許多生化反應(yīng)中充當重要的角色。因此，為吸收足夠的鋅鐵，又避免過量吸收造成的毒害，植物進化形成完整的吸收、利用和儲存系統(tǒng)以保持體內(nèi)鋅鐵的平衡。鋅鐵調(diào)控轉(zhuǎn)運體ZIP（Zinc-regulated transporters，Iron-regulated transporter-like proteins）對于鋅鐵的吸收、轉(zhuǎn)運及體內(nèi)平衡的調(diào)節(jié)有重要作用。因此，本論文對玉米（Zea mays

2、L.）ZIPs基因家族成員的表達譜、亞細胞定位及功能進行了深入分析。利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法得到了轉(zhuǎn)基因擬南芥及玉米，為研究ZmZIPs對轉(zhuǎn)基因擬南芥及玉米中鋅鐵的吸收、轉(zhuǎn)運及體內(nèi)平衡的影響，對轉(zhuǎn)基因擬南芥及玉米進行了基因表達及表型的分析。主要研究結(jié)果如下:
　　1、為對ZmZIPs基因功能的研究做鋪墊，對ZmZIPs在玉米中的表達模式及其亞細胞定位進行了分析。Real-time RT-PCR檢測顯示ZmIRT1(Iron-regul

3、ated transporter-like proteins in Zea mays，ZmIRT)主要在玉米的花絲與胚中表達，并且原位雜交實驗證明ZmIRT1主要在根與莖的分生組織表達;ZmZIP3(Zinc-regulated transporters，Iron-regulated transporter-like proteins Zea mays，ZmZIP)主要在玉米葉片中表達;ZmZIP4主要在雄穗中表達;而ZmZIP7在根、

4、莖、葉及種子中的表達量較雄穗及幼嫩的雌穗高。ZmIRT1、ZmZIP3、ZmZIP4與ZmZIP7均定位于質(zhì)膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。根據(jù)ZmZIPs基因的表達部位不同，推測其在玉米吸收及轉(zhuǎn)運鋅鐵過程中可能具有不同的作用。
　　2、為初步研究ZmZIPs的功能，利用過表達擬南芥對ZmIRT1、ZmZIP3與ZmZIP7三個基因的鋅鐵轉(zhuǎn)運活性進行了研究，并對參與鋅鐵吸收、轉(zhuǎn)運及儲存基因的表達進行了分析。通過電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜ICP-OE

5、S(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy)法對轉(zhuǎn)基因擬南芥各個組織進行了鋅鐵含量的測定，并對根及莖葉用Zinpyr-1染料進行了鋅的染色。結(jié)果顯示，鋅鐵的含量在ZmIRT1過表達擬南芥的根與種子中明顯升高，而在莖葉中的積累降低;在ZmZIP3過表達擬南芥根中鋅的含量升高，而莖葉中鋅的含量降低;在ZmZIP7過表達植株根與莖葉中鋅鐵的含量均升高，而只有鐵的含量在籽粒

6、升高。此外，轉(zhuǎn)基因植株與野生型植株相比能耐受各種鋅鐵條件。表明ZmIRT1、ZmZIP3與ZmZIP7具有在植物中吸收轉(zhuǎn)運鋅鐵的功能，并且具有不同的離子選擇性。此外，參與鋅鐵吸收及轉(zhuǎn)運相關(guān)基因的表達結(jié)果顯示，ZmIRT1激活了金屬吸收相關(guān)基因的表達，而抑制了參與細胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運基因的表達;ZmZIP3抑制了除NAS1以外的其它參與鋅鐵吸收、轉(zhuǎn)運以及細胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運基因的表達;ZmZIP7激活了缺鐵誘導(dǎo)以及負責(zé)鋅鐵吸收、儲存基因的表達。說明異位過

7、表達ZmIRT1與ZmZIP7可能激活了擬南芥內(nèi)源鐵的吸收機制，促進了金屬的吸收及體內(nèi)平衡。
　　3、為研究ZmIRT1與ZmZIP4在玉米中的作用，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法得到了過表達轉(zhuǎn)基因玉米，對ZmIRT1與ZmZIP4在玉米中的表達量以及轉(zhuǎn)基因玉米中鋅鐵的含量進行了測定。表達結(jié)果顯示，ZmZIP4在轉(zhuǎn)基因植株根與莖葉的表達量均升高，在根中比野生型植株升高400倍，并且ZmZIP4在轉(zhuǎn)基因植株胚與胚乳中的表達量均比野生型升高。鋅

8、鐵含量測定結(jié)果顯示，過表達ZmZIP轉(zhuǎn)基因植株根中鐵的含量比野生型增加一倍，并且鐵在籽粒中的含量增加23.3％;鋅在轉(zhuǎn)基因籽粒中的含量比野生型增加19.9％。由此推測ZmZIP4可能將更多的鋅鐵吸收至根進而轉(zhuǎn)運至籽粒中。農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果顯示，過表達ZmZIP4玉米籽粒的百粒重比野生型增加13.9％，其它性狀均無明顯變化。推測可能是由于ZmZIP4的過表達增加了植株中的鋅鐵含量促進了玉米的代謝進而影響了籽粒的重量。此外，ZmIRT1在過表

9、達玉米胚與胚乳中的表達量均比野生型升高，相應(yīng)的ZmIRT1過表達玉米籽粒的鋅鐵含量也升高，說明過表達ZmIRT1能夠增加玉米籽粒的鋅鐵含量。
　　以上結(jié)果表明，ZmIRT1、ZmZIP3、ZmZIP4與ZmZIP7在植物體內(nèi)具有鋅鐵轉(zhuǎn)運活性，并且具有不同的離子選擇性;ZmZIPs在吸收、轉(zhuǎn)運及保持體內(nèi)鋅鐵平衡中可能具有不同的作用;結(jié)合表達結(jié)果推測ZmIRT1與ZmZIP7具有將鋅鐵吸收至根及在籽粒積累鋅鐵的功能;ZmZIP3可能在