New Phytol| 加州大学栾升/南京大学兰文智再次揭示Mg2+转运蛋白MGR家族的新功能

2022年7月1日，New Phytologist 在线发表了加州大学伯克利分校栾升和南京大学兰文智教授合作的题为“Two Magnesium Transporters in the Chloroplast Inner Envelope Essential for Thylakoid Biogenesis in Arabidopsis”的研究论文，揭示拟南芥中MGR8和MGR9作为Mg2+转运蛋白参与叶绿体Mg2+的摄取。

镁（Mg）是所有生物体生命活动所必需的金属营养元素。对高等植物而言，Mg2+是体内含量最丰富的二价金属离子，作为叶绿体多种蛋白（如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶）的辅基和叶绿素卟啉环的核心离子，维持着叶绿体结构和光合作用。在Mg缺乏时，植物容易出现叶片“缺镁症”（叶脉失绿，叶片黄化和细小等症状），植株最终表现黄化矮小的生长表型。然而，关于Mg2+转运通过叶绿体被膜的分子机制却知之甚少？该研究团体注意到生物体存在一类含有二价金属结合域CorC的多跨膜蛋白，而且在物种间高度保守，其中拟南芥基因组含有9个同源基因。根据相似性分析，拟南芥这9个同源蛋白可分为3分支（Clade I-III），其中Clade II含4个功能未知的成员(MGR4-MGR7)。MGR8和MGR9基因为组成型表达，编码的蛋白定位于叶绿体内膜。MGR8和MGR9的双突变，导致胚珠白化和幼苗褪绿。进一步分析表明，该双突变体在类囊体生物发生和光合复合体组装方面存在严重缺陷。MGR8和MGR9对鼠伤寒沙门氏菌缺乏Mg2+摄取能力的突变株MM281的生长具有功能补充作用。通过胚胎特异性ABI3启动子下MGR9 的表达，可修正mgr8/mgr9双突变体的胚胎和早期幼苗缺陷。部分挽救的突变体植株对缺镁条件敏感，且叶绿体中的镁离子含量低于野生型。综上，揭示拟南芥中MGR8和MGR9作为Mg2+转运蛋白参与叶绿体Mg2+的摄取。另外，2022年1月，南京大学兰文智教授和赵福庚副教授、加州大学伯克利分校栾升教授和西北大学付爱根教授合作团队在Molecular Plant发表了题为Four Plasma Membrane-Localized MGR Transporters Mediate Xylem Mg2+ Loading for Root-to-Shoot Mg2+ Translocation in Arabidopsis 的研究论文。该论文不仅报道植物首个释放胞质Mg2+的转运体（因此命名为Mg2+ Release，MGR），而且揭示薄壁细胞质膜定位的MGR是根部镁离子向木质部装载的关键组分。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.01.011

为了探讨MGR4-MGR7的植物体生理功能，该团体利用T-DNA插入和SCRISPR/Cas9制备的单突变拟南芥，并筛选这些突变体对各种二价金属离子胁迫（缺乏或过量）的敏感性，发现mgr4和mgr6突变体特异表现出对低Mg敏感而对高Mg耐受的生长表型（图1A）。有意思的是，与野生型相比。这两种Mg相关表型仅仅是地上部发生变化，而根长不变（图1A），表明MGR4和MGR6控制地上部的Mg积累。Mg含量测定发现与野生型相比，mgr4 和mgr6 突变体根部Mg含量提高，而地上部和木质液中的Mg含量提高下降（图1，B和C），表明MGR4和MGR6参与根部Mg向地上部运输。嫁接实验进一步表明MGR4和MGR6参与根部Mg向木质部装载的过程（图1D）。最后，该论文利用mgr多突变体，发现Clade II 四个成员（MGR4-MGR7）存在着功能冗余的现象。

综上所述，该论文揭示了薄壁细胞质膜定位的四个MGR蛋白将根Mg2+外排到木质部，填补木质部Mg装载这一科学空白。

本文转载自eplants

转自：植物生物技术Pbj

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