トウモロコシのZmYSL2はカーネルの鉄の分布と発達に必要である

Maize ZmYSL2 is required for kernel Fe distribution and development.

• Jie Zang
• Yanqing Huo
• Jie Liu
• Huairen Zhang
• Juan Liu
• Huabang Chen

抄録

鉄（Fe）は必須の微量栄養素であり、植物の成長と発達にかけがえのない役割を果たしている。鉄の取り込みと移動は重要な生物学的プロセスであるが、種子内での鉄の移動の分子機構についてはほとんど知られていない。ここで我々は、トウモロコシ（Zea mays）における新規な小核変異体イエローストライプライク2（YSL2）の特徴を明らかにした。ZmYSL2は発育中の内胚葉で優勢に発現しており、細胞膜局在型金属ニコチンアナミン（NA）トランスポーターZmYSL2をコードしていることがわかった。トランスポーター活性を解析した結果、ZmYSL2はカーネルの発生過程において、内胚乳から胚への鉄の輸送を媒介していることが明らかになった。ZmYSL2の機能不全は、鉄のホメオスタシスのバランスを崩し、穀粒内のタンパク質蓄積とデンプン沈着の異常をもたらした。また、一酸化窒素蓄積量、ミトコンドリアのFe-Sクラスター含量およびミトコンドリア形態の有意な変化は、ミトコンドリアの適切な機能がysl2においても影響を受けていることを示唆していた。以上のことから、ZmYSL2は、トウモロコシのカーネル内のFe分布とカーネルの発達を媒介する上で極めて重要な役割を担っていることが明らかになった。

Iron (Fe) is an essential micronutrient and plays an irreplaceable role in plant growth and development. Although its uptake and translocation are important biological processes, little is known about the molecular mechanism of Fe translocation within seed. Here, we characterized a novel small kernel mutant yellow stripe like 2 (ysl2) in maize (Zea mays). ZmYSL2 was predominantly expressed in developing endosperm, and was found to encode a plasma membrane localized metal-nicotianamine (NA) transporter ZmYSL2. Analysis of transporter activity revealed ZmYSL2 mediated Fe transport from endosperm to embryo during kernel development. Dysfunction of ZmYSL2 resulted in the imbalance of Fe homeostasis and abnormality of protein accumulation and starch deposition in kernel. Significant changes of nitric oxide accumulation, mitochondrial Fe-S cluster content and mitochondrial morphology indicated that the proper function of mitochondria also was affected in ysl2. Collectively, our study demonstrated that ZmYSL2 had a pivotal role in mediating Fe distribution within kernel and kernel development in maize.

© Crown copyright. Published by Oxford University Press on behalf of the Society for Experimental Biology.