玉米籽粒发育基因UBL1的克隆与功能分析

发布时间：2017-12-16 17:31

  本文关键词：玉米籽粒发育基因UBL1的克隆与功能分析

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【摘要】：玉米作为一种重要的粮食和饲料作物,在世界农业生产中扮演着越来越重要的角色。从基因层面上研究玉米籽粒发育,不仅有助于我们认识其发育的分子机制,而且还可以为玉米的分子改良提供可能的方法和途径。前人的研究表明,大约有300个基因位点控制着可见的玉米籽粒表型。得益于玉米突变体库的构建以及克隆方法的发展,目前越来越多的科学家正加入到这一研究领域。本研究利用Mutator活性系与B73杂交,在F2代群体中鉴定了一个籽粒大小呈现3：1分离的ubll突变体。表型分析发现,突变体的幼苗以及籽粒的发育都存在缺陷。进一步组织学和细胞学的分析表明,该突变体籽粒基部胚乳转移层细胞存在发育上的缺陷。利用转座子标签法,获得了该突变体的候选基因UBL1 (U6 biogenesis like 1)。通过筛选本实验室的玉米籽粒突变体库,获得了ubll的一个等位突变体,ubll-2.利用Mu活性系与ubl1/UBLl杂合体植株杂交,获得了另外两个等位突变体,ubl1-3和ubl1-4.此外,将UBL1基因的编码区转入到玉米Hill中,获得9个独立的转基因株系。将这些转基因位点导入到突变体的背景中,成功地互补了突变体的表型。以上结果表明,我们成功克隆了控制玉米籽粒发育的UBL1基因。对UBLl的表达模式分析表明,该基因在玉米的各个器官和组织中都有表达。随着发育的进行,表达量逐渐降低。为了研究UBL1的功能,利用其蛋白序列进行PSI-BLAST,发现了两个在酵母和人类上已经报道的属于2H磷酸二酯酶超家族的基因USB1和hUSBl,蛋白序列比对以及三级结构模拟表明,UBL1也是属于该家族的基因。将玉米的UBL1在拟南芥同源基因的突变体Atubll中过表达并成功互补了其生长发育缺陷的表型,表明了该基因在拟南芥和玉米中功能的保守性。进一步的研究表明,UBL1编码一个RNA外切酶。该酶具有两个保守的H-X-T/S-X (X代表疏水氨基酸)结构域,能够对真核生物内含子剪切复合体上的重要组分U6 snRNA的3’端进行修饰。UBL1功能丧失后会导致细胞内U6 snRNA含量降低,并产生含有异常3’末端的U6分子。进一步对RNA-seq数据的分析表明,在U6缺陷的ubll突变体中,存在大量的pre-mRNA切割缺陷,分布于969个基因中的1154个内含子表现出了明显的内含子滞留特征。利用RT-PCR,检测了38个可能的滞留事件,其中33个得到了实验证实。以上实验结果表明,UBLl基因通过影响pre-mRNA中的内含子的剪切进而影响了玉米籽粒和植株的发育。这一发现丰富了玉米籽粒发育调控的分子机理研究,同时也增进了我们对内含子剪切的认识。
【学位授予单位】：中国农业大学
【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：1296871