波兰小麦铁转运蛋白IRT1的金属转运属性分析

植物的生长、发育和作物产量与其体内必需微量金属元素和有毒重金属元素的稳态平衡息息相关。金属转运体通过吸收、外排、转运、储藏和积累等调节植物体内金属稳态平衡，其中铁转运蛋白Iron regulated transporters (IRT)是著名的广谱性底物的转运体。因此，鉴定和挖掘小麦IRT1的转运属性和其单倍型的金属特异位点，为揭示小麦必需金属与有毒重金属元素的平衡具有重要意义。

四川农业大学小麦研究所周永红团队近期在The Plant Science在线发表了题为“TpIRT1 from Polish wheat (Triticum polonicumL.) enhances the accumulation of Fe, Mn, Co, and Cd in Arabidopsis”的研究论文，补充了小麦IRT1在植物中的功能证据。

通过对矮秆波兰小麦IRT1的表达模式、亚细胞定位、酵母敏感性、过表达拟南芥吸收、转运和积累金属属性分析，发现TpIRT1B调控了铁、锰、钴和镉的转运。该发现主要依据于（1）酵母中表达TpIRT1B增加了∆ycf1和∆cot1对镉和钴的敏感性，表明表达TpIRT1B可能增加了酵母细胞中镉和钴的累积，造成了细胞毒害（图1）；（2）拟南芥中过表达TpIRT1B增加了根和地上部的铁锰含量和地上部的钴含量，并提高了植株在这些金属元素缺失胁迫下的耐受性，表明过表达TpIRT1B促进了铁、锰和钴积累来应对金属缺失胁迫；同时，过表达TpIRT1B也增加了拟南芥在过量铁、锰和钴的敏感性（图2）；（3）过表达TpIRT1B也增加了拟南芥根和地上部的镉含量，以及对镉的敏感。

图1 在酵母中中表达TpIRT1A和TpIRT1B的敏感性

图2 过表达TpIRT1B株系在低浓度铁、锰和钴胁迫下根长和生物量

进一步挖掘四倍体小麦中IRT1单倍型，将其在酵母敏感性突变体中表达以分析关键的氨基酸残基位点。研究发现来自栽培二粒小麦TdiIRT1的两个特异自然变异（H193Y和H260Y）增加了锌敏感性突变体∆zrc1对锌的敏感性，但不改变对镉和钴的响应；来自圆锥小麦TduIRT1的两个特异氨基酸自然变异位点（R89H和I230T）导致表达TduIRT1导致钴敏感性突变体∆cot1对钴不敏感，但不改变对镉和锌的响应（图3-4）。因此，这些位点可能是锌和钴的特异绑定位点，影响IRT1单倍型对锌和钴的转运属性，且天然存在于这些四倍体育种资源材料。

图3 酵母中表达IRT1单倍型对锌和钴的敏感性

图4 酵母中表达IRT1单倍型对镉的敏感性

作者和基金项目

四川农业大学小麦研究所博士研究生蒋喻林为该文第一作者，王益教授为第一通讯作者。该研究得到四川省科技厅应用基础研究项目（2020YJ0141）、四川农业大学双支计划的资助。