玉米Dek33、Dek37的克隆及功能分析
发布时间：2021-08-15 05:56
玉米（Zea mays）是全世界分布最广泛的粮食作物之一,同时也是重要的工业原料和能源作物。淀粉、蛋白及油脂作为玉米籽粒最主要的营养储藏物质,其正常积累决定了玉米籽粒的营养和品质特征。因此对玉米籽粒发育的深入研究对于提高玉米产量和品质具有重要指导意义。玉米籽粒突变体dek33突变籽粒胚乳皱缩,胚变小并伴随提前萌发。成熟dek33籽粒百粒重只有野生型36.3%。生化成分分析发现,dek33成熟籽粒总脂肪酸和总蛋白含量均下降。籽粒细胞学观察发现dek33未成熟籽粒胚发育严重滞后,同时胚与糊粉层中油体含量均有明显减少。通过图位克隆的方法克隆到Dek33,发现其编码核黄素合成途径中的还原酶。Dek33第七个外显子上G-A的突变造成了TGG-TGA提前终止,产生一个弱突变体dek33,不影响Dek33转录表达,但却导致突变体籽粒中截短型DEK33蛋白的产生。同时,dek33突变也不影响DEK33还原活性,却导致突变体籽粒中核黄素含量下降约50%。另外,dek33成熟籽粒发芽率低（约15%）,发芽后的幼苗通过外源核黄素可以回复部分表型,但幼苗中的光合作用和叶绿体发育受到严重影响。时空表达分析发现,...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
玉米籽粒结构示意图[1]
上海大学博士学位论文6（图1-2）。另一个胚致死突变，discolored1，在籽粒发育到20DAP时籽粒发育停滞，成熟的dsc1籽粒无法萌发且致死。Dsc1编码一个ARF-GAP蛋白，参与囊泡介导的细胞间转运，尽管目前尚不清楚DSC1介导转运的机制[22]。另一个早期被克隆的经典籽粒突变体dek1，编码钙蛋白酶超家族中的一员（Calpaingenesuperfamily），dek1的突变导致了糊粉层及胚发育的异常，进而影响籽粒发育[23,24]。图1-2.玉米emp2突变体表型[21]A，玉米emp2-R/Emp2杂合自交果穗。B，突变体胚乳发育的不同时期。C-J，野生型与emp2-R突变体籽粒在发育不同时期的石蜡切片观察。Bar=50μm。
上海大学博士学位论文7目前所研究的大多数dek突变遵循孟德尔定律，即突变表型依赖于两个亲本的等位基因。然而越来越多的籽粒突变表现出了parent-of-origin效应，即突变表型完全取决于其中一个亲本的基因型。如maternaleffectlethal1（mel1），籽粒缺陷表型依赖于母本的parent-of-origin基因mel1和在遗传上冗余的基因sporophyticenhancerofmel1（snm1）andsporophyticenhancerofmel2（snm2）的相互作用关系。在包含mel1突变的单倍体胚囊中没有观察到明显的突变表型，只有当mel1基因突变通过母本遗传，同时籽粒还包含snm1或snm2的纯合突变时，才可以观察到籽粒表型[25]（图1-3）。尽管目前在遗传上这些相互作用机制还不是很清楚，但是mel1突变表型表明籽粒发育受单一亲本调控。图1-3.玉米mel1突变体表型[25]A，杂合mel1作为母本与纯合野生型作为父本的杂交果穗。B，杂合mel1作为父本与纯合野生型作为母本的杂交果穗。C-D，野生型（C）与mel1突变体（D）籽粒表型。1.4玉米籽粒胚乳发育及其调控基因1.4.1胚乳发育过程玉米胚乳是由一个精子与两个极核融合后分裂分化发育而来的。双授精之后胚囊中的受精极核在2-4h就开始分裂，受精极核先发育成胚乳细胞核，产生游离核。随着核数的增加，核和原生质逐渐由于中央液泡的出现，而被挤向胚囊的珠孔端和合点端。胚乳核分裂到一定阶段，在3DAP时即向细胞期过渡。在4DAP时，游离核之间形成细胞壁，并进行细胞质的分隔，形成细胞化胚乳[26]。当细胞化完成后，这些细胞开始进行方向随机的有丝分裂，最终胚乳的不同区域定向分化为特化的胚乳组织。在这个时期，淀粉胚乳经历细胞分裂和细胞伸长的扩张
【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]Dek42 encodes an RNA-binding protein that affects alternative pre-m RNA splicing and maize kernel development[J]. Yi Zuo,Fan Feng,Weiwei Qi,Rentao Song. Journal of Integrative Plant Biology. 2019(06)
[3]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)
[4]A putative plant organelle RNA recognition protein gene is essential for maize kernel development[J]. Antony M.Chettoor,Gibum Yi,Elisa Gomez,Gregorio Hueros,Robert B.Meeley,Philip W.Becraft. Journal of Integrative Plant Biology. 2015(03)
本文编号：3343989
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
玉米籽粒结构示意图[1]
上海大学博士学位论文6（图1-2）。另一个胚致死突变，discolored1，在籽粒发育到20DAP时籽粒发育停滞，成熟的dsc1籽粒无法萌发且致死。Dsc1编码一个ARF-GAP蛋白，参与囊泡介导的细胞间转运，尽管目前尚不清楚DSC1介导转运的机制[22]。另一个早期被克隆的经典籽粒突变体dek1，编码钙蛋白酶超家族中的一员（Calpaingenesuperfamily），dek1的突变导致了糊粉层及胚发育的异常，进而影响籽粒发育[23,24]。图1-2.玉米emp2突变体表型[21]A，玉米emp2-R/Emp2杂合自交果穗。B，突变体胚乳发育的不同时期。C-J，野生型与emp2-R突变体籽粒在发育不同时期的石蜡切片观察。Bar=50μm。
上海大学博士学位论文7目前所研究的大多数dek突变遵循孟德尔定律，即突变表型依赖于两个亲本的等位基因。然而越来越多的籽粒突变表现出了parent-of-origin效应，即突变表型完全取决于其中一个亲本的基因型。如maternaleffectlethal1（mel1），籽粒缺陷表型依赖于母本的parent-of-origin基因mel1和在遗传上冗余的基因sporophyticenhancerofmel1（snm1）andsporophyticenhancerofmel2（snm2）的相互作用关系。在包含mel1突变的单倍体胚囊中没有观察到明显的突变表型，只有当mel1基因突变通过母本遗传，同时籽粒还包含snm1或snm2的纯合突变时，才可以观察到籽粒表型[25]（图1-3）。尽管目前在遗传上这些相互作用机制还不是很清楚，但是mel1突变表型表明籽粒发育受单一亲本调控。图1-3.玉米mel1突变体表型[25]A，杂合mel1作为母本与纯合野生型作为父本的杂交果穗。B，杂合mel1作为父本与纯合野生型作为母本的杂交果穗。C-D，野生型（C）与mel1突变体（D）籽粒表型。1.4玉米籽粒胚乳发育及其调控基因1.4.1胚乳发育过程玉米胚乳是由一个精子与两个极核融合后分裂分化发育而来的。双授精之后胚囊中的受精极核在2-4h就开始分裂，受精极核先发育成胚乳细胞核，产生游离核。随着核数的增加，核和原生质逐渐由于中央液泡的出现，而被挤向胚囊的珠孔端和合点端。胚乳核分裂到一定阶段，在3DAP时即向细胞期过渡。在4DAP时，游离核之间形成细胞壁，并进行细胞质的分隔，形成细胞化胚乳[26]。当细胞化完成后，这些细胞开始进行方向随机的有丝分裂，最终胚乳的不同区域定向分化为特化的胚乳组织。在这个时期，淀粉胚乳经历细胞分裂和细胞伸长的扩张
【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]Dek42 encodes an RNA-binding protein that affects alternative pre-m RNA splicing and maize kernel development[J]. Yi Zuo,Fan Feng,Weiwei Qi,Rentao Song. Journal of Integrative Plant Biology. 2019(06)
[3]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)
[4]A putative plant organelle RNA recognition protein gene is essential for maize kernel development[J]. Antony M.Chettoor,Gibum Yi,Elisa Gomez,Gregorio Hueros,Robert B.Meeley,Philip W.Becraft. Journal of Integrative Plant Biology. 2015(03)
本文编号：3343989
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