玉米籽粒发育基因Emp11及ZmSmk3的克隆及功能分析

发布时间：2020-05-28 16:17

【摘要】：玉米籽粒相关性状是复杂的数量性状,籽粒的发育决定籽粒大小及灌浆充实,影响玉米产量。目前,已克隆了很多影响玉米籽粒发育的基因,但籽粒发育的调控机制仍不是十分清楚。因此,玉米籽粒发育相关基因的克隆对解析玉米籽粒发育的分子机制具有重要意义。本课题组克隆并鉴定影响玉米籽粒发育的PPR及m TERF两个家族的新成员,分别为Emp11及Zm Smk3,通过分子生物学实验证实其功能,获得主要结果如下:1.籽粒发育基因Emp11的克隆及功能分析emp11-1纯合突变籽粒早期发育停滞,胚乳基部转运层发育异常,籽粒淀粉粒积累降低,成熟后空瘪、皱缩。该突变性状受单隐性核基因控制,通过等位突变及RNAi遗传转化进一步证明Emp11的突变导致缺陷籽粒的产生。Emp11为组成型表达基因,在雌穗、子房、胚(尤其是SAM)胚乳糊粉层及BETL中的表达量较高。该基因编码一个靶向线粒体的P型PPR蛋白,突变后导致线粒体基因nad1四个内含子都不能被正常剪切加工,线粒体复合体Ⅰ组装受阻、活性降低,线粒体形态结构缺陷,从而影响了正常的能量供应,交替氧化酶途径作为能量的补偿机制被激活,能量的供应不足最终导致缺陷籽粒的产生。2.籽粒发育基因Zm Smk3的克隆及功能分析Zmsmk3为单隐性核基因控制的突变材料,Zm Smk3启动子区转座子的插入导致籽粒变小。Zm Smk3在所有被检测的组织中都有表达,表达量相对较高的组织为:茎、雌穗、子房、胚和胚乳基部转运层。该基因编码一个含有2个m TERF重复结构域的m TERF蛋白,定位于线粒体,突变后导致线粒体基因nad4第一个内含子及nad1第四个内含子都不能被正常剪切,且突变体籽粒中部分线粒体结构存在缺陷,嵴的形态排布松散,影响复合体Ⅰ的积累量及活性,导致交替氧化酶途径被激活,暂时供应种子发育所需能量。野生型和突变体中差异表达基因主要在营养物质贮存相关分类中富集,淀粉合成及醇溶蛋白相关的基因在突变体中都下调表达,且该基因可能参与逆境胁迫响应。
【图文】：

图 1 胚乳的生长发育(Scanlon and Takacs 2009).1 Time-points in maize kernel development (Scanlon and Takacs 2图2 玉米胚的生长发育(Bommert and Werr 2001)；bc: 基部子细胞；ep: 胚体；su: 胚柄；sc: 盾片；col: 胚芽鞘；SAM: 茎

图 1 胚乳的生长发育(Scanlon and Takacs 2009)Fig.1 Time-points in maize kernel development (Scanlon and Takacs 2009).图2 玉米胚的生长发育(Bommert and Werr 2001)ac: 顶端子细胞；bc: 基部子细胞；ep: 胚体；su: 胚柄；sc: 盾片；col: 胚芽鞘；SAM: 茎顶端分生组织，RAM: 根尖分生组织，，LP1：第一片叶原基；L1+2: 第一二片叶。Fig.2 The development of maize embryos (Bommert and Werr 2001).ac: apical daughter cells, bc: basal daughter cell, ep: embryo proper, su: suspensor, sc: scutellum, col: coleoptile
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513

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本文编号：2685501