近日，南京大学、西北大学、西北农林科技大学与加州大学伯克利分校联合团队研究发现了镁离子（Mg2+）从植物根部装载并转运至地上部的机理，并在Molecular Plant杂志发表题为“Four Plasma Membrane-Localized MGR Transporters Mediate Xylem Mg2+ Loading for Root-to-Shoot Mg2+ Translocation in Arabidopsis”的研究论文。
Mg2+是植物体内含量最丰富的二价金属离子，参与了众多生物学过程，例如Mg作为叶绿素的核心原子直接参与了光合作用，Mg还可以作为多种酶的辅因子，在植物生长发育过程中起重要作用。植物需要从土壤中吸收Mg2+，并转运至地上部，但根部的Mg2+装载到木质部的相关机理并不清楚。
该研究团队发现一类在生物界普遍存在且进化高度保守的多跨膜蛋白家族，其中拟南芥基因组含有9个同源基因，并将其命名为Mg2+ Release，MGR。根据进化关系与亚细胞定位情况，这9个同源蛋白可分为3个亚类（Clade I-III），其中Clade II含4个功能未知的成员(MGR4-MGR7)。为了探讨Clade II成员的功能，该研究首先利用荧光共定位分析发现这4个成员均定位在细胞质膜；并通过qPCR分析、GUS染色和GFP共定位荧光分析，发现该亚类的成员特异性表达在木质部薄壁细胞。通过对拟南芥MGR家族Clade II成员突变体的表型筛选，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。Mg含量测定发现，与野生型相比，mgr4 和mgr6 突变体根部Mg含量升高，而地上部和木质液中的Mg含量显著下降，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。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。
南京大学博士研究生孟素芳与西北农林科技大学未来农业研究院副教授张斌为该论文共同第一作者，兰文智教授与栾升教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金等项目的资助。西北大学付爱根教授与南京大学赵福庚副教授参与本项研究指导。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205222000119?via%3Dihub
编辑：杨军
终审：郁飞
