Klonierung und Charakterisierung eines an der Phytosiderophorsekretion in Mais beteiligten Gens
Final Report Abstract
In Pflanzen werden durch Eisenmangel Chlorosen, Ernteausfälle und Nährwertreduktion verursacht. Zu den Gräsern gehörige Pflanzen nutzen die Strategie II der Eisenaufnahme, wobei Chelatbildner, die so genannten Phytosiderophore, exprimiert und in die Rhizosphäre sekretiert werden. Der Fe (III) Phytosiderophor-Komplex wird dann von einem spezifischen Transporter, YELLOW STRIPE 1, aufgenommen. Das Phytosiderophor in der Maispflanze ist 2’-Deoxymugineic acid (DMA). Die Maismutante ys3 zeigt Defekte in der Phytosiderophor- Ausscheidung, die eine Chlorose zwischen den Blattadern bewirken. Eine verbessertes Verständnis der Steuerung der Genexpression nach Eisenstress in ys3-Mutanten wird Aufschluss über YS3 und seine Funktion im Eisenhaushalt der Pflanze geben. Die Karten basierte Klonierung ergab, dass das YS3 Gen in einem 0.8 cM langen Intervall auf Chromosom 3 liegen muss und eine Region von 13.59 Mbps mit 207 sicher vorhergesagten Genen umspannt. Im Mais-, Reis- und Hirsegenom sind jedoch nur jeweils 50 dieser Gene vorhanden. In dieser Gruppe von Kandidatengenen wurde GRMZM2G063306 als DMA-Efflux Transporter identifiziert, der ortholog zu OsTOM1 und HvTOM1 ist. Das Ys3-Gen wurde daraufhin in ys3-Mutanten und Pflanzen des Wildtyps sequenziert und zehn Single Nucleotid Polymorphismen (SNPs) sowie drei InDels konnten in der kodierenden Sequenz entdeckt werden. Davon kamen jedoch lediglich zwei InDels und zwei synonyme SNPs nur bei der ys3-Mutanten vor. Durch die Isolierung von einer neuartigen ys3::Mu und vier neuartigen ys3::Ac Mutationen durch direktes Transposon-Tagging konnte GRMZM2G063306 als Kandidatenlocus bestätigt werden. Ein zusätzliches F1S1 ys3::Mu Individuum wies eine 6 bp Insertion in Exon 8 des Gens auf. Im Wurzelgewebe der ys3-Mutante und von Wildtyppflanzen konnte unter Eisenmangel eine Erhöhung der Expression von YS3 T01, YS3 T02, Dmas und YS1 im Vergleich zu eisenreichen Bedingungen beobachtet werden. Zudem ergab eine Analyse des Transkriptoms von ys3×W22 F2-Individuen, die unter Eisenmangel sowie eisenreichen Bedingungen gezogen wurden, eine sofortige Antwort verschiedener Gene, die in der Eisenaufnahme und im Eisenhaushalt involviert sind. Darunter waren auch verschiedene bHLH Transkriptionsfaktoren wie z.B. GRMZM2G057413 (ZmIro2) und GRMZM2G350312 (ZmIro3 ) sowie weitere, neue Kandidatengene, die mit Transport oder Redoxprozessen assoziiert sind oder zur NAS-Familie gehören, identifiziert. Diese Studie ergab, dass das YS3-Gen für ein Protein kodiert, das syntenisch zu TOM1 in Reis und Gerste ist, was mit der vorhergesagten Funktion als spezifischer Phytosiderophor-Transporter in Mais übereinstimmt. Zudem gaben Experimente unter eisenreichen und Eisenmangel Bedingungen Aufschluss über YS3 und seine Rolle im Eisenhaushalt. Diese Ergebnisse können in der Zukunft zu einer Verbesserung der Eiseneffizienz beitragen, den Eisengehalt in Getreidebeeinflussen und somit Probleme des Eisenmangels in der Humanpopulation reduzieren.
