玉米小粒突变体基因ZmPPR278图位克隆与功能解析

发布时间：2021-06-20 18:35

　　玉米是世界上重要的粮食、经济、饲料作物,也是工业生产的重要原料,在人类食用、牲畜饲用及工业燃用等方面有着重要作用。因此,如何提高玉米的产量和品质成为玉米育种者关心的核心问题之一。玉米籽粒的生长发育与产量和品质性状紧密相关。因此,开展玉米籽粒发育调控机制的研究,可为玉米产量和品质的提高提供解决思路和方法。本研究所用材料为B73花粉经甲基磺酸乙酯（Ethylmethane sulfonate,EMS）诱变后获得的,在M2代鉴定到籽粒发育明显变小的表型,在M3代有性状分离的果穗上挑选授粉后12天野生型（Wild type,WT）和突变体（Mutant type,MT）的胚和胚乳,经混池转录组测序分析获得候选基因Zm00001d015156,经共分离验证以及等位测验确定了该基因的突变是引起籽粒变小的原因,通过同源比对、基因表达特征分析、亚细胞定位分析、C-to-U编辑分析等方法验证候选基因的功能,主要研究结果如下:1.经EMS诱变获得两个突变体CY16-225和CY16-82,其表型受单基因隐性调控,通过快速混池RNA-seq（RNA sequencing）定位方法（Easy bulked s... 

【文章来源】：中国农业科学院北京市

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

玉米籽粒授粉8天后的籽粒模式图（ZHANetal.,2015）

中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论31.2.2.2空瘪果皮突变体（Emptypericarpmutants,EMP）其主要特点为胚乳建成有缺陷，以EMP16为例（图1-2b），在8DAP可以区分野生型和突变体，而在14DAP，两者之间的差异变得更加明显，突变体的籽粒又白又小，而在脱水成熟后，突变体籽粒的果皮空瘪皱缩，是不可育的。该突变体功能的异常引起线粒体基因NAD2的第四个内含子（Intron）的异常拼接，造成胚和胚乳的发育受到阻碍（XIUetal.,2016）。1.2.2.3籽粒缺陷突变体（Defectivekernelmutants,DEK）其主要特点为胚和胚乳的建成都有缺陷，以DEK39为例（图1-2c），成熟籽粒胚和胚乳较野生型小，80%的突变体籽粒不能发芽，其余的则只能发育到初级根和茎的阶段，发芽后3周死亡，调控该突变体的基因不能正常发挥作用后，引起了线粒体的基因NAD3（Nicotinamideadeninedinucleotidedehydrogenasesubunits3）的两个位点的nad3-247和nad3-275的C-to-U的RNA编辑效率的降低，影响线粒体复合体I的活性，从而影响籽粒的发育（LIetal.,2018）。1.2.2.4小粒突变体（Miniaturemutants,MN）其主要特点为籽粒粒重减少，以SMK6（Smallkernel6）为例（图1-2d），在11DAP野生型籽粒的胚发育盾片、胚根鞘、叶原基和胚芽鞘，而smk6的胚则只开始根和叶的分生，启动胚芽鞘的发育，而其胚乳发育延迟，果皮和胚乳之间造成了空腔，因此成熟时突变体籽粒比野生型籽粒小，该突变体通过影响线粒体基因nad1-740、nad4L-110、nad7-739、mttB-138和mttB-139的C-to-U的RNA编辑功能，破坏线粒体的活性，影响玉米籽粒的胚胎发生和胚乳发育（DINGetal.,2019）。图1-2玉米籽粒突变体的分类（LIetal.,2015;XIUetal.,2016;LIetal.,2018;DINGetal.,2019）Fig.1-2Thecharacteristicofkernelmutantinmaize

中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论41.3玉米中PPR蛋白研究进展1.3.1PPR蛋白简介PPR蛋白最早是在拟南芥筛选定位于线粒体和质体中蛋白质时发现的（SMALLetal.,2000），是具有35个氨基酸的motif串联重复序列组成的蛋白质（BARKANetal.,2012;BARKANetal.,2014），其motif一般重复2-26次（LURINetal.,2004）。该蛋白在真核生物分布广泛，但其数目在植物和非植物之间差异巨大。在拟南芥、玉米和水稻等维管植物中PPR数目超过400个（O"TOOLEetal.,2008），人类等哺乳动物体中仅有6个，而锥虫和红藻中PPR蛋白数目比人类多几倍，但远少于陆生植物（丁安明等,2014）。图1-3陆生植物中PPR蛋白的结构（LURINetal.,2004）Fig.1-3ThearchitectureofPPRproteinsinlandplantsa.P类结构，b.PLS类的常见结构，c.特殊PLS类的结构a.ThearchitectureofPsubfamily,b.ThecommonarchitectureofPLSsubfamily,c.ThespecialarchitectureofPLSsubfamily

【参考文献】：
期刊论文
[1]SMALL KERNEL4 is required for mitochondrial cox1 transcript editing and seed development in maize[J]. Hong-Chun Wang,Aqib Sayyed,Xin-Yuan Liu,Yan-Zhuo Yang,Feng Sun,Yong Wang,Miaodi Wang,Bao-Cai Tan.  Journal of Integrative Plant Biology. 2020(06)
[2]DEK43 is a P-type pentatricopeptide repeat（PPR）protein responsible for the Cis-splicing of nad4 in maize mitochondria[J]. Ru Chang Ren,Li Li Wang,Lin Zhang,Ya Jie Zhao,Jia Wen Wu,Yi Ming Wei,Xian Sheng Zhang,Xiang Yu Zhao.  Journal of Integrative Plant Biology. 2020(03)
[3]植物细胞器RNA编辑因子的功能及其作用机制[J]. 王柯茹,朱鸿亮.  中国生物工程杂志. 2020(03)
[4]植物RNA结合蛋白研究进展[J]. 张在宝,李婉杰,李九丽,张弛,胡梦辉,程琳,袁红雨.  中国农业科学. 2018(21)
[5]RNA editing machinery in plant organelles[J]. Junjie Yan,Qunxia Zhang,Ping Yin.  Science China（Life Sciences）. 2018(02)
[6]Defective Kernel 39 encodes a PPR protein required for seed development in maize[J]. Xiaojie Li,Wei Gu,Silong Sun,Zongliang Chen,Jing Chen,Weibin Song,Haiming Zhao,Jinsheng Lai.  Journal of Integrative Plant Biology. 2018(01)
[7]植物DYW群PPR蛋白的研究进展[J]. 刘婷婷,汪斌,吴为人,兰涛.  亚热带农业研究. 2015(01)
[8]植物PPR蛋白家族研究进展[J]. 丁安明,屈旭,李凌,孙玉合.  中国农学通报. 2014(09)

博士论文
[1]玉米种子发育关键基因Emp21的克隆和功能研究[D]. 王勇.山东大学 2019
[2]玉米籽粒发育基因Emp11及ZmSmk3的克隆及功能分析[D]. 任雪梅.华中农业大学 2018
[3]玉米籽粒突变基因Mn219和Dek39的图位克隆与基因功能分析[D]. 顾炜.中国农业大学 2018
[4]玉米dek35突变体的基因克隆和功能分析[D]. 陈鑫泽.上海大学 2017
[5]玉米PPR蛋白SMK1编辑线粒体nad7 RNA并控制种子大小[D]. 李小杰.清华大学 2014

硕士论文
[1]一个玉米小粒突变体的表型鉴定与基因定位[D]. 范开建.中国农业科学院 2016



本文编号：3239718