玉米opaque10突变体基因的图位克隆和功能分析

发布时间：2017-12-07 04:10

  本文关键词：玉米opaque10突变体基因的图位克隆和功能分析

  更多相关文章： 玉米 粉质胚乳突变体 opaque10 图位克隆 功能分析 蛋白体 醇溶蛋白

【摘要】：玉米是世界第一大粮食作物,玉米籽粒中的储藏蛋白是人和动物营养的主要来源。其中醇溶蛋白是玉米籽粒中含量最多的储藏蛋白,它直接关系到玉米籽粒的硬度和营养品质,关于醇溶蛋白储藏机制的研究对改良玉米品质有重大的意义。之前的研究发现玉米中有一类粉质胚乳突变体与醇溶蛋白的储藏相关并能显著提高一种必需氨基酸-赖氨酸的含量,因此对这种类型的突变体的研究对我们解析醇溶蛋白的储藏机制及提高玉米营养品质具有重要的指导意义。opaque10(o10)是一个经典的玉米粉质胚乳突变体。生化分析发现与正常的野生型籽粒相比,o10籽粒中一些重要的生化成分包括蛋白、淀粉和油脂的含量并没有明显的变化。细胞学分析发现,淀粉粒的发育也没有受到影响,但是蛋白体的形态发生了变化,形成了畸形的蛋白体。通过图位克隆的方法,我们克隆到了O10候选基因,并且通过转基因的方法确认了该突变体确实是由O10候选基因突变造成的。O10编码一种禾本科植物中特有的新型蛋白,并且在禾本科植物中快速进化。O10主要在玉米籽粒中表达,并且其编码的蛋白是一种积累型的蛋白。对O10蛋白的结构和功能分析发现,该蛋白主要有三个功能结构域:O10蛋白的中间区段是由七个重复序列构成的(从第269个氨基酸到第787个氨基酸),它主要负责O10蛋白的二聚化。O10蛋白的C端有一个预测的跨膜结构域(从第1002个氨基酸到1024个氨基酸),它能使O10蛋白锚定在内质网上,这是O10蛋白最终积累在蛋白体内的必要条件。O10蛋白的N端(从第1个氨基酸到第268个氨基酸)能跟19-kD,22-kDα-zeins以及16-kD,50-kDγ-zeins相互作用。免疫定位分析发现O10蛋白与16-kDγ-zein和22-kDα-zein共定位,在蛋白体内部组成一个环状的结构存在于富含α-zeins的中心区域和富含γ-zeins的外围区域之间。在o10中,移码突变造成其编码的o10蛋白缺失了C末端的跨膜结构域,这使o10蛋白失去了锚定在内质网膜上的能力,从而不能最终积累到蛋白体中,最终随着籽粒的成熟被降解。蛋白体中O10蛋白的缺失影响了其与16-kDγ-zein和22-kDα-zein所组成的特殊的环状结构的形成,16-kDγ-zein和22-kDα-zein各自均匀分布富含γ-zeins的蛋白体的外围区域和富含α-zeins的蛋白体的中心区域。此时,蛋白体变得畸形。这说明蛋白体内由O10蛋白,16-kDγ-zein和22-kDα-zein所组成的环形的结构对维持蛋白体的形态起着重要的作用。我们还初步研究了O10在水稻和高粱中的同源蛋白的功能。结果显示:在水稻和高粱中的同源蛋白基因都主要在籽粒中表达,在烟草叶片细胞中的亚细胞定位与O10是相同的,水稻中的同源蛋白能与其13b类的醇溶蛋白互作,高粱中的同源蛋白能与其α类和γ类醇溶蛋白互作。本研究通过对O10蛋白功能的研究,揭示了它在醇溶蛋白的积累和装配过程中所发挥的重要的作用。同时也新发现了一个在蛋白体内部由O10蛋白,16-kDγ-zein和22-kDα-zein所组成的新的环状结构,这个新发现的结构对蛋白体维持圆形的形态有重要的作用。该研究拓展了我们对蛋白体结构和功能的理解,同时O10蛋白的发现为我们研究新基因的起源及蛋白体的进化提供了很好的研究对象。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S513;Q943.2

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本文编号：1261077