玉米空果皮籽粒基因Emp601的图位克隆与功能分析

发布时间：2020-11-07 18:17

　　 玉米作为重要的粮食、饲料作物,在保障世界粮食安全方面具有重要意义。玉米籽粒发育是一个复杂的遗传调控过程,许多基因参与玉米籽粒发育的遗传调控,克隆玉米籽粒发育相关基因并解析其功能,将为玉米高产育种提供理论支持。本研究鉴定了一个玉米空果皮籽粒突变体emp601。在授粉后15天的杂合果穗上,突变体籽粒与野生型籽粒区分明显,呈发白和半透明状;成熟籽粒致死,不能萌发。切片观察发现,突变体emp601籽粒在发育初期,胚和胚乳发育明显滞后;在籽粒发育后期,胚乳退化。半薄切片发现突变体emp601基部胚乳转移层(BETL)区细胞壁向内生长发育滞后,细胞壁向内生长减少。将杂合植株与B73杂交再自交构建F2遗传分离群体,F2杂合果穗中正常籽粒和突变籽粒呈现3:1的分离比,表明突变表型受一个单隐性基因控制。通过BSR-Seq将候选基因定位在6号染色体长臂上,进一步通过精细定位,将候选基因定位在248 kb区间,此区间内有6个基因。候选基因在突变体emp601中一个碱基的缺失造成了该基因移码突变和提前终止。转基因互补实验结果表明该基因可以互补emp601突变体空果皮表型,证明此基因是控制emp601表型的目的基因,将其命名为Emp601。Emp601基因编码一个定位于线粒体的E型PPR蛋白。通过比对野生型和突变体emp601内35个线粒体基因cDNA序列,发现突变体内ccmFN基因ccmFN-137、ccmFN-90、ccmFN-743、ccmFN-790和ccmFN-824五个位点的RNA编辑效率下降(P0.05)。Circular-RT-PCR结果表明emp601中ccmFN mRNA 5'末端较野生型有所延长。ccmFN蛋白的含量在突变体emp601中明显下降。与野生型相比,emp601中细胞色素c1的积累减少,线粒体复合Ⅲ和复合物Ⅰ+Ⅲ2含量减少,复合物Ⅰ+Ⅲ2的NADH脱氢酶活性下降,而复合物Ⅰ的NADH脱氢酶活性没有变化;交替氧化酶蛋白含量和其编码基因转录水平增加。透射电镜观察超薄切片发现,emp601突变体胚乳线粒体生成异常,线粒体嵴几乎没有。代谢组分析结果显示Emp601功能缺失会引起多种氨基酸的积累增加。综上所述,玉米Emp601功能缺失影响线粒体基因ccmFN的ccmFN-137、ccmFN-190、ccmFN-743、ccmFN-790和ccmFN-824五个位点的 RNA 编辑和ccmFNmRNA 5'末端的加工过程,进而影响线粒体功能和能量的供应,最终造成空果皮表型。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S513
【部分图文】：

形成的垂周细胞壁相遇则停止生长．完成中央大液泡进行区域化。此时分区往往比较??大．大的分区则继续进行分裂完成区域化．最终完成胚乳细胞化（Ｂｏｍｍｅｒｔ?ａｎｄ?Ｗｅｒｒ．??２００１）（图１－３）。玉米胚乳的细胞化一般在授粉后４天完成（Ｏｌｓｅｎ，?２００１）。随着细胞化??的进行，四种具有不同功能的胚乳组织开始形成：胚周围区、基部胚乳转移层区、淀??粉胚乳区和糊粉层。谷物类胚乳中决定细胞分化方向的是细胞的位置效应。位于胚乳??外围位置的细胞中，除了位于主维管组织的细胞之外．分化形成糊粉层；主维管组织??细胞分化形成基部胚乳转移层区；胚乳内部细胞分化形成淀粉胚乳区（Ｏｌｓｅｎ，?２００１）。??分化后期，四种不同胚乳组织继续分化，形成亚糊粉层区、传导区和基部过渡期??（Ｌｅｒｏｕｘ?ｅｔ?ａｌ．．?２０１４）〇??１?＃?暑??ｐｒｏｅｍｂｒｙｏ－ｓｔａｇｅ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ－ｓｔａｇｅ?ｃｏｌｅｏｐｔｉｌａｒ－ｓｔａｇｅ??／Ｉ＾ＡＭ?／／Ｍ??ｍ］／?／翁…＿??二ｕｈ穿⑷⑶??Ｌ１－ｓｔａｇｅ?Ｌ２－ｓｔａｇｅ?Ｌ３－ｓｔａｇｅ?Ｌ５－ｓｔａｇｅ??图１－１玉米胚的发育过程及时期划分（Ｂｏｍｍｅｒｔ?ａｎｄ?Ｗｅｒｒ，?２００１）??玉米胚发育时期可分为原胚期、转化期、胚芽鞘期、叶原基形成期。??ａｃ：?ａｐｉｃａｌ?ｄａｕｇｈｔｅｒ?ｃｅｌｌｓ，顶端子细胞；ｂｅ：?ｂａｓａｌ?ｄａｕｇｈｔｅｒ?ｃｅｌｌ，基部子细胞；ｅｐ：?ｅｍｂｒｙｏ?ｐｒｏｐｅｒ，胚体；??ｓｕ：?ｓｕｓｐｅｎｓｏｒ

一響??图１－３玉米胚乳早期发育细胞分裂示意图（ＢｏｍｍｅｒｔａｎｄＷｅｒｒ，?２００１）??玉米胚乳发育始于位于珠孔端的初生胚乳核开始分裂，第一次分裂在中央大液泡（ｌａｒｇｅ?ｃｅｎｔｒａｌ??ｖａｃｕｏｌｅ，ｃｖ）下方进行，形成一个扇形区域，并决定了两个细胞的发育方向。随后多轮细胞核分裂??而细胞质不分裂，形成多个细胞核，细胞核迁移至细胞质的外围（如左下图），形成多核体??（ｃｏｅｎｏｃｙｔｅ）。细胞化从相邻细胞核之间垂周细胞壁（ａｎｔｉｃｌｉｎａｌ?ｃｅｌ］?ｗａｌｌｓ，?ａｗ）的形成开始，最终形??成类似管状结构的巢（ｔｕｂｅ－ｌｉｋｅ?ａｌｖｅｏｌｉ，?ａｌｖ）。有丝分裂后，成膜体（ｐｈｒａｇｍｏｂｌａｓｔ，ｐｂ）形成，形成??初始糊粉层（ａｌｅｕｒｏｎｅ－ｉｎｉｔｉａｌｓ，?ａｉ）和初始胚乳（ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ?ｉｎｉｔｉａｌｓ，?ｅｉ）〇??４??

?ｍ??ａｉｅｕｒｏｎｅ?ＥＳＲ?ＢＥＴＬ?ｓｅ?Ｃ２?ＢＩＺ?ｓｕｂａ丨ｅｕｒｏｎｅ??图１－２胚乳发育的几个时期和胚乳细胞的划分（Ｌｅｒｏｕｘｅｔａｌ．，２０１４）??玉米胚乳发育一般可分为多核体的形成（ｃｏｅｎｏｃｙｔｉｃ）、细胞化（ｃｅｌｌｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）、分化??（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）和成熟（ｍａｔｕｒａｔｉｏｎ）四个时期。细胞化又可以分为液泡化（ａｌｖｅｏｌａｔｉｏｎ）和分区化??（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）两个时期。ＢＥＴＬ：?ｂａｓａｌ?ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｌａｙｅｒ，基部胚乳转移层；ＢＩＺ：?ｂａｓａｌ??ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ?ｚｏｎｅ，基部过渡区；ＣＺ：?ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ?ｚｏｎｅ，传导区；ＥＳＲ：?ｅｍｂｒｙｏ?ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ?ｒｅｇｉｏｎ，胚??周围区；ＳＥ：?ｓｔａｒｃｈｙ?ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ，淀粉胚乳；ａｉｅｕｒｏｎｅ：糊粉层；ｓｕｂａｌｅｕｒｏｎｅ：亚糊粉层。??／ｖｓ＼??一響??图１－３玉米胚乳早期发育细胞分裂示意图（ＢｏｍｍｅｒｔａｎｄＷｅｒｒ，?２００１）??玉米胚乳发育始于位于珠孔端的初生胚乳核开始分裂，第一次分裂在中央大液泡（ｌａｒｇｅ?ｃｅｎｔｒａｌ??ｖａｃｕｏｌｅ，ｃｖ）下方进行，形成一个扇形区域，并决定了两个细胞的发育方向。随后多轮细胞核分裂??而细胞质不分裂，形成多个细胞核，细胞核迁移至细胞质的外围（如左下图），形成多核体??（ｃｏｅｎｏｃｙｔｅ）。细胞化从相邻细胞核之间垂周细胞壁（ａｎｔｉｃｌｉｎａｌ?ｃｅｌ］?ｗａｌｌｓ
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李德智;;玉米系列食品生产技术[J];农业知识;2016年34期

2 张效梅;;甜玉米的生产现状及发展前景[J];山西农业科学;1987年06期

3 张效梅;籍栓贵;;甜玉米的种类及用途[J];种子通讯;1987年04期

4 孙政才;陈国平;;甜玉米与普通玉米生长发育特性的比较研究 Ⅰ.苗期生长的比较研究[J];北京农业科学;1988年06期

5 D.H.Schmidt;W.F.Tracy;巩振辉;;甜玉米胚乳类型近交遗传背景及吸涨过程中种子电解质的渗出量[J];国外农学-杂粮作物;1988年05期

6 ;《国外农学——杂粮作物》1988年1～5期总目录[J];国外农学-杂粮作物;1988年06期

7 孔繁玲;;关于奥帕克—2(02)玉米胚乳品质性状遗传规律研究的进展[J];北京农业大学学报;1988年04期

8 刘逢和;;玉米联产加工主机设备与技术[J];粮食与油脂;1989年04期

9 D.J.Evans;L.Schüssle;刘铭三;;高粱淀粉胚乳低溶蛋白质的离析[J];国外农学-杂粮作物;1989年01期

10 邢栋;;玉米脱胚加工与夏季储藏[J];河南科技;1989年07期

相关博士学位论文 前10条

1 杨利娟;低温胁迫下病原菌对玉米种子的致病性及其对杀菌剂的敏感性[D];中国农业科学院;2018年

2 陈荣荣;玉米空果皮籽粒基因Emp601的图位克隆与功能分析[D];中国农业大学;2019年

3 黄焕焕;蔗糖/ABA响应因子ZmEREB156和ZmEREB17调控玉米胚乳淀粉合成的机理研究[D];四川农业大学;2016年

4 许诚;玉米耐低磷种质资源筛选和遗传研究[D];中国农业科学院;2018年

5 徐宁宁;胚乳物理结构和化学键组成对玉米淀粉瘤胃降解的影响及其机制[D];浙江大学;2018年

6 彭晓剑;不同类型玉米胚乳转录组及其淀粉代谢相关基因分析[D];安徽农业大学;2015年

7 向春阳;玉米氮效率基因型差异的筛选基础及鉴定性状的分析[D];沈阳农业大学;2003年

8 王鹏文;栽培措施和生态环境条件对玉米产量和品质的影响研究[D];沈阳农业大学;1996年

9 荣湘民;新型植物氮代谢调节剂在水稻、玉米上的作用效果与机理研究[D];湖南农业大学;2004年

10 陈志斌;玉米新品种生理生态特性及优化栽培措施研究[D];沈阳农业大学;2001年

相关硕士学位论文 前10条

1 张春霞;ZmGRAS20和ZmEREB26参与玉米淀粉合成的分子调控机制[D];四川农业大学;2017年

2 周丽娟;转录因子ZmMYBR19参与玉米胚乳传递细胞发育及淀粉合成的调控机理初探[D];四川农业大学;2017年

3 李萍;玉米EIN2-like基因的印迹、甲基化及表达特性分析[D];西南大学;2018年

4 马晨雨;玉米ZmNAOD基因的克隆与功能分析[D];河南农业大学;2018年

5 张进哲;ZmCPB1基因的克隆及其与玉米粒重相关性状的相关性分析[D];山东农业大学;2018年

6 朱慧;玉米胚乳中OPAQUE2蛋白对淀粉合成的影响[D];中国农业科学院;2018年

7 杜勇;玉米种子包膜调控出苗技术研究[D];山东农业大学;2016年

8 冯娇娇;流式细胞术在植物上的应用[D];西北农林科技大学;2017年

9 杨涛;玉米胚乳中14-3-3蛋白相互作用组学分析[D];吉林大学;2010年

10 王晓燕;不同类型玉米胚乳产量与品质差异形成机理研究[D];山东农业大学;2006年

本文编号：2874312