植物鐵還原酶基因FRO的研究進(jìn)展

喬孟欣 李素貞 陳景堂

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 國(guó)家玉米改良中心河北分中心 河北省作物種質(zhì)資源實(shí)驗(yàn)室，保定 071001）

Fe是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素。Fe在植物體內(nèi)可以發(fā)生Fe3+和Fe2+的可逆轉(zhuǎn)變并參與形成各種具有生理活性的鐵蛋白，如細(xì)胞色素和鐵氧還蛋白，其中鐵氧還蛋白在植物光合電子傳遞、硫酸鹽還原等氧化還原型生理代謝方面具有重要作用［1］。

Fe在地殼中的含量很高，但在有氧環(huán)境下，易與羥基結(jié)合形成不溶態(tài)而不能被植物直接吸收利用［2］，且Fe在植物體中流動(dòng)性小，F(xiàn)e缺乏時(shí)植株老葉保持綠色，新葉葉脈間失綠，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致葉片白化。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，高等植物形成了不同的鐵吸收機(jī)理：即機(jī)理Ⅰ和機(jī)理Ⅱ，相應(yīng)的植物稱(chēng)為機(jī)理Ⅰ植物和機(jī)理Ⅱ植物。機(jī)理Ⅰ植物主要包括雙子葉植物和非禾本科單子葉植物［3］，機(jī)理Ⅰ植物吸收鐵分為3個(gè)步驟，首先H+-ATPase酸化土壤中的三價(jià)鐵離子，隨后鐵還原酶基因（Fe3+chelate reductase，F(xiàn)RO）將土壤中的Fe3+還原成Fe2+，再由Fe2+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Iron-regulated transporter，IRT1/IRT2）將Fe2+轉(zhuǎn)運(yùn)至植物體內(nèi)以供植物各部分生長(zhǎng)發(fā)育［4］；機(jī)理Ⅱ植物主要包括禾本科植物［3］，其通過(guò)向胞外分泌植物鐵載體（Phytoziderophore，PS）與土壤中的Fe3+螯合形成Fe3+-PS復(fù)合物，再由專(zhuān)一轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如黃色條紋蛋白（Yellow stripe-like，YSL）將Fe3+-PS復(fù)合物轉(zhuǎn)運(yùn)至植物根部細(xì)胞內(nèi)。

基于Fe對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要性及其被吸收形式與存在形式之間的復(fù)雜性，研究植物鐵吸收機(jī)制以及相關(guān)基因的功能具有非常重要的意義，其中機(jī)理Ⅰ相關(guān)基因FRO已在多種植物中被發(fā)現(xiàn)與研究（表1）。本文將對(duì)擬南芥、番茄、大豆、水稻、花生及蒺藜苜蓿等植物的FRO的亞細(xì)胞定位、還原對(duì)象、誘導(dǎo)條件或影響因素等方面的研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)及探討。

表1 不同植物FRO家族基因特征

圖1 FRO的預(yù)測(cè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1 FRO家族成員的結(jié)構(gòu)特征

Robinson等［5］在缺鐵擬南芥的根中分離出第一個(gè)高等植物FRO，并將其命名為AtFRO2。該基因編碼的蛋白由725個(gè)氨基酸組成，預(yù)測(cè)等電點(diǎn)（pI）為9.37，相對(duì)分子質(zhì)量（Mr）為81.50，屬于細(xì)胞色素b大家族，擁有提供電子的膜內(nèi)血紅素結(jié)合位點(diǎn)和轉(zhuǎn)運(yùn)電子的胞質(zhì)內(nèi)核苷酸輔酶因子結(jié)合位點(diǎn)。因此，AtFRO2可參與胞內(nèi)的電子傳遞，從而發(fā)揮還原三價(jià)鐵的功能。其預(yù)測(cè)拓?fù)淠Ｐ途哂?個(gè)跨膜螺旋的膜蛋白、1個(gè)膜內(nèi)螺旋蛋白、1個(gè)膜外螺旋蛋白和一個(gè)很大的水溶性結(jié)構(gòu)域（圖1），該水溶性結(jié)構(gòu)域包含NADPH、FAD和氧化還原酶結(jié)合位點(diǎn)（圖2），位于細(xì)胞內(nèi)；N末端位于胞內(nèi)，C末端位于膜外；兩對(duì)組氨酸殘基位于Ⅴ、Ⅶ跨膜螺旋上并組成血紅素基團(tuán)結(jié)合位點(diǎn)（圖1）；Ⅰ、Ⅱ、Ⅸ和Ⅹ跨膜螺旋在整個(gè)家族中不保守［6］，這造成FRO基因家族成員之間亞細(xì)胞定位、功能等方面差異較大。另外，利用各種植物FRO家族基因的氨基酸序列進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，直觀地展示了FRO基因之間的親緣關(guān)系（圖 3）。

圖2 不同物種FRO蛋白的氨基酸序列比對(duì)分析

圖3 不同物種FRO成員的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析

2 植物中FRO基因的研究現(xiàn)狀

2.1 擬南芥FRO基因家族

擬南芥是最為典型的模式植物之一，AtFRO2的發(fā)現(xiàn)掀開(kāi)了發(fā)掘FRO基因家族的序幕。迄今為止，在擬南芥中發(fā)現(xiàn)的FRO基因家族共有8個(gè)成員AtFRO1-AtFRO8，按其表達(dá)部位大致可分為3類(lèi)：第一類(lèi)在根中表達(dá)；第二類(lèi)在幼苗中表達(dá)；第三類(lèi)在繁殖器官中表達(dá)。其中，AtFRO1的表達(dá)量極低，所以針對(duì)AtFRO1的研究很少。

在AtFRO2的基礎(chǔ)上，Connolly等［7］用AtFRO2的反義探針作組織原位雜交發(fā)現(xiàn)，AtFRO2在根部表皮細(xì)胞中表達(dá)，同時(shí)將該基因的啟動(dòng)子與GUS融合，經(jīng)染色發(fā)現(xiàn)，該基因也在花中表達(dá)。Vasconcelos等［8］將AtFRO2轉(zhuǎn)入大豆，并在充足鐵供應(yīng)條件下培養(yǎng)，通過(guò)對(duì)根、莢皮、葉、種子中Fe、Mn、K等10種元素含量的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，在種子中除了Fe的濃度有升高，Zn、Cu、Ni的濃度也有不同程度的升高，說(shuō)明AtFRO2的表達(dá)不僅可以提高Fe的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，也可間接促進(jìn)其他離子的轉(zhuǎn)運(yùn)；Einset等［9］創(chuàng)制AtFRO2突變體frd1-1并用甜菜堿（Glycine betaine，GB）提前處理，而后在4℃低溫條件下培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)擬南芥耐冷性顯著降低，說(shuō)明AtFRO2有助于GB在低溫脅迫時(shí)更好地發(fā)揮對(duì)植物的保護(hù)作用。AtFRO2的表達(dá)受多水平的調(diào)控或影響，AtFRO2在缺鐵條件下植株各部位mRNA表達(dá)量和相應(yīng)鐵還原酶活力的對(duì)比揭示了缺鐵條件對(duì)該基因在轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控［7］；bHLH（basic helix loop helix）型轉(zhuǎn)錄因子FIT1（Fedeficiency induced transcription factor，AtbHLH29）在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控AtFRO2［10-11］，該轉(zhuǎn)錄因子可調(diào)控多種缺鐵誘導(dǎo)基因如IRT1、ZIP2（ZRT/IRT-like protein 2）等［12-14］。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明NO、乙烯、GA、低氧碳酸氫鹽、谷胱甘肽等無(wú)機(jī)或有機(jī)物也能對(duì)AtFRO2的表達(dá)產(chǎn)生直接或間接影響［15-19］，針對(duì)AtFRO2的表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)還在深入研究及完善。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將AtFRO2導(dǎo)入其他植物體，能夠明顯減輕植物缺鐵黃化癥狀，而AtFRO2等位基因的變異也能引起AtFRO2表達(dá)和鐵還原酶活力的改變，在分子育種領(lǐng)域可利用該天然變異基因改善作物在缺鐵脅迫下的農(nóng)藝性狀［20］。這啟示筆者在分子育種中插入外源基因時(shí)可尋找該外源基因的天然變異或適當(dāng)對(duì)外源基因進(jìn)行修飾以更好發(fā)揮該基因的功能。

AtFRO4與AtFRO5連鎖，兩者還原對(duì)象為Cu，在根中的轉(zhuǎn)錄水平很高并受轉(zhuǎn)錄因子SPL7（SQUAMOSA promoter binding protein-like7）調(diào)控［21］。SPL7是擬南芥中銅平衡的中心調(diào)節(jié)因子，可激活與銅穩(wěn)態(tài)有關(guān)的多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄，包括miR398、銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和 CCH（Copper chaperone）［22-23］。spl7-2的生長(zhǎng)缺陷可在充足鐵供應(yīng)條件下被部分彌補(bǔ)，表明spl7-2突變的癥狀并不完全是由Cu穩(wěn)態(tài)被破壞引起的，可能還包括植株嚴(yán)重缺Cu對(duì)Fe吸收與運(yùn)輸?shù)挠绊懀?1］。所以，雖然AtFRO4和AtFRO5的還原對(duì)象為Cu，但也在一定程度上通過(guò)其轉(zhuǎn)錄因子SPL7活性的變化間接影響植物對(duì)Fe的吸收、運(yùn)輸及利用。

植物從根部吸收鐵后需要在木質(zhì)部中與檸檬酸等螯合成復(fù)合物進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸［24-25］，到達(dá)地上部的鐵復(fù)合物需再次被還原才能被利用。所以，位于地上部的FRO基因家族成員AtFRO6和AtFRO7也起著不可或缺的作用［26-27］。Wu等［10］在幼苗地上部檢測(cè)到AtFRO6和AtFRO7的轉(zhuǎn)錄，且無(wú)論供鐵條件如何，它們的轉(zhuǎn)錄水平都很高，說(shuō)明兩者的表達(dá)均不受Fe調(diào)控，屬組成型表達(dá)。兩者在表達(dá)部位及亞細(xì)胞定位上存在很大程度的互補(bǔ)：AtFRO6主要在葉片和莖中表達(dá)［28］，AtFRO7在花和角果等幼嫩組織中表達(dá)量高，兩者的亞細(xì)胞定位分別為質(zhì)膜和葉綠體［29-30］。這種定位上的互補(bǔ)暗示它們?cè)诠δ苌系牟煌€需要大量的科學(xué)試驗(yàn)證實(shí)，如在煙草中過(guò)表達(dá)AtFRO6增強(qiáng)葉片鐵還原酶活性和對(duì)缺鐵黃化的耐受性，已初步證實(shí)AtFRO6編碼的FRO具有在葉片中還原Fe3+的功能［31］。AtFRO6的啟動(dòng)子中含有多個(gè)LRE（Light-responsive element）決定了AtFRO6的表達(dá)依賴(lài)光照。另外，體外誘導(dǎo)AtFRO6-promoter-GUS植株根部愈傷組織形成和分化的實(shí)驗(yàn)證明，AtFRO6在分化的細(xì)胞或器官中表達(dá)量升高，AtFRO7也具有該特點(diǎn)［28］。綜合以上對(duì)AtFRO6和AtFRO7特性的研究，推測(cè)AtFRO6在光照條件下于葉片細(xì)胞質(zhì)膜上還原鐵，并通過(guò)影響光合復(fù)合物的形成間接參與光合反應(yīng)進(jìn)程；AtFRO7在葉綠體中直接參與光合反應(yīng)；兩者均在分化器官中表達(dá)，協(xié)同作用共同促進(jìn)地上部Fe的二次還原。

AtFRO3-promoter-GUS染色結(jié)果證明AtFRO3在幼苗各部位均有表達(dá)，維管系統(tǒng)中表達(dá)量最高，AtFRO8的表達(dá)僅限于處在衰老過(guò)程中的嫩枝，AtFRO3和AtFRO8的亞細(xì)胞定位均為線(xiàn)粒體，表明兩種線(xiàn)粒體FRO家族基因成員可能在不同發(fā)育階段參與植株體內(nèi)Fe3+-螯合物的還原［26，32-33］。bHLH型轉(zhuǎn)錄因子PYE（POPEYE）可直接與AtFRO3啟動(dòng)子結(jié)合，轉(zhuǎn)錄分析表明，缺鐵野生型植株中的AtFRO3表達(dá)上調(diào)，而在缺鐵突變體pye-1中，AtFRO3的表達(dá)水平更高。因此，在缺鐵條件下，PYE可能在一定程度上降低了AtFRO3被誘導(dǎo)的程度［34］。所以在今后研究AtFRO3特性及功能時(shí)應(yīng)充分利用缺鐵條件及突變體pye-1來(lái)提高AtFRO3的表達(dá)量以達(dá)到研究目的。

2.2 番茄FRO基因

番茄是研究機(jī)理Ⅰ植物Fe吸收分子機(jī)制的重要模式植物，在缺鐵脅迫下表現(xiàn)出典型的機(jī)理Ⅰ植物的形態(tài)和生理反應(yīng)。番茄LeFRO1與擬南芥AtFRO2、豌豆PsFRO1具有較高相似度，分別為78%和81%。將該基因轉(zhuǎn)入酵母進(jìn)行功能分析，發(fā)現(xiàn)LeFRO1編碼鐵還原酶，且該蛋白定位在細(xì)胞膜。LeFRO1在番茄根、葉、花、果實(shí)、子葉中均有表達(dá)，且在葉中的表達(dá)水平穩(wěn)定，而在根中受缺鐵誘導(dǎo)以及FER與CHLN的調(diào)控，其中FER是一種可調(diào)控番茄根部缺鐵反應(yīng)的bHLH蛋白［35］，該蛋白可與番茄SlbHLH068蛋白形成二聚體，并與LeFRO1啟動(dòng)子結(jié)合上調(diào)LeFRO1的表達(dá)［36］；CHLN編碼尼克酰胺合成酶（Nicotianamine synthase），尼克酰胺（Nicotianamine）可作為螯合劑促進(jìn)Fe2+在韌皮部及細(xì)胞間的運(yùn)輸，CHLN的缺失會(huì)引起葉脈間失綠，向根部傳達(dá)缺鐵信號(hào)，導(dǎo)致LeFRO1大量表達(dá)，即CHLN下調(diào)LeFRO1的表達(dá)［37］。合理利用以上兩種蛋白對(duì)LeFRO1表達(dá)相反的調(diào)控作用可有效維持番茄植株內(nèi)的Fe代謝平衡。另外，近期研究發(fā)現(xiàn)，LeFRO1的轉(zhuǎn)錄還受Fe螯合劑特性的影響，施入的Fe螯合劑不同，LeFRO1的轉(zhuǎn)錄水平也會(huì)發(fā)生改變［38］，這可能與Fe螯合劑能夠參與番茄根部的一系列缺Fe反應(yīng)有關(guān)。除LeFRO1外，與其他元素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因也可受缺鐵條件誘導(dǎo)［39-40］，為提高番茄其他元素含量和改善番茄生長(zhǎng)狀況提供了新途徑。在16個(gè)國(guó)內(nèi)外主要番茄品種中，LeFRO1可根據(jù)其編碼的氨基酸種類(lèi)不同分為3種LeFRO1MM、LeFRO1Ailsa和LeFRO1Mnita，三者在酵母中的轉(zhuǎn)錄豐度相似，但鐵還原酶活力卻呈現(xiàn)較大差異（LeFRO1Ailsa＞LeFRO1MM＞LeFRO1Mnita），而三者在番茄根中的鐵還原酶活力又與在酵母中不同，其中Moneymaker的鐵還原酶活力在缺鐵條件下顯著高于其他品種，這是Moneymaker被廣泛種植的原因之一［41］。由此推測(cè)酵母中轉(zhuǎn)錄豐度與鐵還原酶活力的不對(duì)等是由于特定位點(diǎn)的氨基酸種類(lèi)不同。酵母中與番茄根中鐵還原酶活力的不對(duì)等是由于番茄根中鐵還原酶活力受多種因素的影響，如品種、其他基因的調(diào)節(jié)與干擾作用、地上部新陳代謝的影響以及外部環(huán)境條件的作用等。

2.3 大豆FRO基因

豆科植物在世界飲食中占有極其重要的地位，是礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源。然而，其生長(zhǎng)發(fā)育容易受土壤缺鐵的影響，因缺鐵導(dǎo)致的黃萎病嚴(yán)重影響豆科植物的產(chǎn)量［42］。所以，對(duì)豆科植物鐵還原酶活力及其相關(guān)基因的研究尤為重要。與擬南芥不同，大豆GmFRO2的主要表達(dá)部位并不是根部，而是在地上部發(fā)揮著與AtFRO7相似的功能。在缺鐵處理下，通過(guò)分析GmFRO2在不同品種大豆植株（抗缺綠癥、感缺綠癥）各部位（根、莖、子葉、單葉、三葉）的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)其在根中的表達(dá)水平最低，其余器官的表達(dá)水平各不相同，其中抗缺綠癥植株所有器官中均表現(xiàn)出較低的表達(dá)水平［43］。針對(duì)這一現(xiàn)象可作出如下解釋?zhuān)喝辫F脅迫容易誘導(dǎo)鐵還原酶基因的表達(dá)，缺鐵條件下，抗缺綠癥植株由于自身不易感特性，實(shí)際所受到的脅迫強(qiáng)度比感缺綠癥植株小，所以抗缺綠癥植株的GmFRO2的表達(dá)水平比感缺綠癥植株低。大豆的品種不同可影響其根部鐵還原酶活力對(duì)供鐵條件的反應(yīng)，如Qiu等［44］對(duì)2個(gè)吸收和利用磷效率不同的大豆品種03-3（高）和Bd-2（低）的根部鐵還原酶活力進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)03-3的根系鐵還原酶活性在各種處理下均高于Bd-2，且在Fe濃度為20 μmol/L的處理下，03-3植株的根系鐵還原酶活性最高。盡管2個(gè)品種的鐵還原酶活力大不相同，但經(jīng)測(cè)定，它們的GmFRO2表達(dá)水平卻非常接近，這表明該基因表達(dá)受轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控，該調(diào)控可能與植株對(duì)磷的高效利用能夠提高根系鐵還原酶活力有關(guān)，且該調(diào)控還需一定濃度的Fe進(jìn)行誘導(dǎo)。大豆FRO的表達(dá)容易受品種及外界條件的影響，這增加了對(duì)大豆FRO研究的復(fù)雜性，但同時(shí)又為大豆育種及種質(zhì)改良提供了多種途徑。

2.4 水稻FRO基因

在水稻根系特殊的生長(zhǎng)環(huán)境中，鐵大多以可溶性還原態(tài)存在，所以不需要FRO的還原作用，但水稻地上部分或旱稻中有存在FRO基因家族的可能性。2006年，Ishimaru等［45］搜索到一個(gè)與AtFRO2同源的水稻基因，并在水稻基因組中確定了2類(lèi)FRO基因分別為OsFRO1和OsFRO2；Northern雜交表明，OsFRO1在缺鋅、缺錳、缺銅的水稻植株葉片中表達(dá)，OsFRO2在缺鐵水稻葉片中表達(dá)。OsFRO2的表達(dá)可由鐵過(guò)量或持續(xù)性缺鐵誘導(dǎo)［46-47］，缺鐵條件也可誘導(dǎo)水稻中機(jī)理Ⅰ特征基因IRT1的表達(dá)［45，48-50］，說(shuō)明水稻具有2種吸收鐵的機(jī)制，既是機(jī)理Ⅰ植物又是機(jī)理Ⅱ植物［51］，且水稻吸收鐵的機(jī)制因品種而不同。啟示：水稻屬禾本科植物，在傳統(tǒng)定義中屬機(jī)理Ⅱ植物，如今有此發(fā)現(xiàn)，而同樣作為禾本科植物的小麥、玉米是否也具有此特征呢？在水稻中，缺鐵會(huì)抑制根的伸長(zhǎng)［52］，事實(shí)上，可以通過(guò)將多種與吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)鐵相關(guān)的基因共同轉(zhuǎn)入水稻植株中以顯著提高鐵含量、增強(qiáng)其對(duì)缺鐵的耐受性［53］，如將酵母中變異的鐵還原酶基因refre1/372與OsIRT1啟動(dòng)子融合后轉(zhuǎn)入水稻增強(qiáng)水稻在石灰性土壤中對(duì)缺鐵的耐受性［54］，該融合基因與35S-OsIRO2（OsIRO2調(diào)控機(jī)理Ⅱ植物鐵吸收系統(tǒng)中各種基因的表達(dá)）共同轉(zhuǎn)入水稻更能增強(qiáng)這種特性，且可大大提高植株的生物量［55］。因此，可針對(duì)OsFRO1和OsFRO2的結(jié)構(gòu)與功能展開(kāi)深入研究，并利用基因編輯等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行修飾以更好發(fā)揮鐵還原酶功能，然后與其他基因融合轉(zhuǎn)入水稻植株中，爭(zhēng)取在更大程度上提高水稻Fe含量。

2.5 其他植物FRO基因

花生是我國(guó)重要的油料作物且具有諸多營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與益生功效。目前，AhFRO1和AhIRT1已經(jīng)在花生中被分離出來(lái)，且兩者的表達(dá)均受鐵缺乏和玉米花生間作的協(xié)同誘導(dǎo)［56-57］?；ㄉc玉米間作是改善花生缺綠癥、提高植株與莢果Fe含量的重要種植方式，與玉米間作可降低花生根際pH以及磷（P）濃度，從而提高花生根際有效Fe濃度；與玉米間作也可誘導(dǎo)AhYSL1的表達(dá)，AhYSL1在花生根部表皮細(xì)胞運(yùn)輸 Fe3+-DMA螯合物［58-59］，該運(yùn)輸過(guò)程具有機(jī)理Ⅱ植物特征，表明花生作為機(jī)理Ⅰ植物可同時(shí)采用機(jī)理Ⅰ和機(jī)理Ⅱ 2種Fe吸收方式來(lái)抵抗缺鐵帶來(lái)的危害。蒺藜苜蓿作為模式豆科植物采用機(jī)理Ⅰ吸收運(yùn)輸Fe，繼Andaluz等［60］發(fā)現(xiàn)MtFRO1之后，Del C Orozco-Mosqueda等［61］通過(guò)在蒺藜苜蓿全基因組范圍內(nèi)進(jìn)行同源序列比對(duì)，發(fā)現(xiàn)另外5種MtFRO拷貝，并對(duì)6種MtFRO的表達(dá)進(jìn)行了分析，其中MtFRO2的表達(dá)量極低；MtFRO1在鐵充足條件下的表達(dá)量很低，但在鐵缺乏條件下的表達(dá)量升高，尤其是地上 部；MtFRO3、MtFRO4、MtFRO5和MtFRO6在鐵充足條件下只在地上部表達(dá)，但在鐵缺乏條件下，地上部和地下部的表達(dá)量均升高。

3 結(jié)語(yǔ)

鐵還原酶基因（FRO）編碼的蛋白可以將Fe3+還原為Fe2+以供植物吸收利用，對(duì)改善作物品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量具有重要作用。目前，該基因在擬南芥中研究得較為透徹，但擬南芥FRO家族各成員的轉(zhuǎn)錄水平及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控的分子機(jī)制還不夠明朗，各成員的生理功能研究還不夠全面，尤其是定位至線(xiàn)粒體的成員AtFRO3和AtFRO8。包括擬南芥在內(nèi)，不同種植物的FRO之間以及同種植物的FRO家族成員之間均存在共性與特性。首先，除AtFRO4和AtFRO5外，各FRO的還原對(duì)象均為鐵，且大部分易受缺鐵誘導(dǎo)。其次，各FRO的主要表達(dá)部位及亞細(xì)胞定位不盡相同，但親緣關(guān)系較近的FRO之間具有較高關(guān)聯(lián)度，如AtFRO4和AtFRO5、AtFRO6和AtFRO7在系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中處于同一分支，兩者的主要表達(dá)部位及亞細(xì)胞定位相同或呈互補(bǔ)關(guān)系。最后，除擬南芥外，其他植物FRO的表達(dá)均在品種間表現(xiàn)出較大差異，同時(shí)各FRO具有各自獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄因子或影響因素，其中，bHLH家族對(duì)調(diào)節(jié)植物體內(nèi)鐵平衡具有至關(guān)重要的作用。擬南芥bHLH家族共有147個(gè)成員［62］，F(xiàn)IT以及PYE均屬于bHLH家族。FIT通常與其他bHLH轉(zhuǎn)錄因子（如bHLH38、bHLH39和bHLH101）形成異源二聚體或多聚體對(duì)其靶向基因AtFRO2發(fā)揮調(diào)控功能［63-64］。另外，PYE的表達(dá)受bHLH104與另一bHLH蛋白ILR3（IAA-LEUCINE RESISTANT3）互作的調(diào)控［65］。由此可見(jiàn)，bHLH家族不僅非常龐大而且成員之間的互作與調(diào)控機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，但也為今后FRO表達(dá)調(diào)控的研究指明了方向。整體來(lái)看，F(xiàn)RO在水稻、小麥、玉米等主要糧食作物中的研究相對(duì)較少，主要是因?yàn)檫@些糧食作物屬于禾本科植物，普遍被認(rèn)為采用機(jī)理Ⅱ吸收鐵，但越來(lái)越多的研究表明，機(jī)理Ⅱ植物中也具有機(jī)理Ⅰ特征蛋白，如玉米缺鐵反應(yīng)中機(jī)理Ⅰ特征轉(zhuǎn)錄物成分的揭露、玉米ZmZIP基因家族的發(fā)現(xiàn)以及過(guò)表達(dá)ZmIRT1和ZmZIP3能夠促進(jìn)轉(zhuǎn)基因擬南芥鐵和鋅的積累，且FRO已在玉米中預(yù)測(cè)到［66-69］。另外，科學(xué)家已完成玉米全基因組測(cè)序，所以，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)行玉米全基因組序列分析初步分離出玉米FRO，再分析各成員在不同鐵供應(yīng)條件下的表達(dá)模式及功能，為挖掘玉米鐵高效基因、提高玉米等禾谷類(lèi)作物鐵吸收效率、增加植株及籽粒中鐵含量提供新的途徑。