【48812】我国科学院分子植物杰出中心发现玉米籽粒发育与灌浆协同调控中心因子

时间: 2024-05-16 00:53:03 |   作者: 玉米研究所

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  胚乳发育和贮藏物质组成遭到杂乱且精细的遗传网络调控。现在，学界已报导了多个转录因子直接调控贮藏物质组成，如O2、PBF1、ZmbZIP22、MADS47、NAC128/130、OHP1/2、O11等，其间，O2、PBF1、ZmbZIP22、NAC128/130和O11为胚乳特异表达的转录因子，暗示这些转录因子本身或许遭到某些上游因子的一起调控。O2归于bZIP宗族转录因子，调控较多醇溶蛋白基因表达；O2直接调控淀粉组成途径要害基因SSIII、PPDKs及蔗糖合酶编码基因Sh1、Sus1和Sus2表达，它使贮藏物质组成从底物到产品的代谢途径中遭到高度协同的转录调控。O2是胚乳灌浆调控的要害转录因子，克隆和解析O2上游调控基因及分子机制对破解胚乳灌浆开端信号具有极端重大意义。

  研讨人员使用不一样长度的O2启动子做转录活性试验，发现开端密码子上游400-500 bp方位上有多个DNA顺式结合元件，其间，两个RY-motif及中心的一个O2-box结构和双子叶植物拟南芥种子中的贮藏蛋白基因启动子调控元件类似。已有报导证明，O2能自激活本身启动子，因而，辨认RY-motif的B3转录因子或许便是要寻觅的O2上游转录因子。玉米基因组猜测有51个B3转录因子，其间37个在玉米籽粒中表达。研讨人员使用酵母单杂技能对这37个B3转录因子进行逐一验证，经过EMSA和转录激活试验，发现只要ZmABI19能够辨认并转录激活O2启动子，并且当两个RY-motif一起存在时，才干发挥最大转录活性。ZmABI19的转录和蛋白水平在籽粒前期表达时最高，灌浆开端后表达水平下降，胚中的mRNA水平显着高于胚乳，暗示ZmABI19在籽粒前期发育和灌浆期均发挥作用，并且或许一起调控胚和胚乳发育。

  拟南芥胚胎产生（embryogenesis）及种子老练（seed maturation）遭到一个叫作LAFL的中心调控网络调控，即由三个B3宗族转录因子LEAFY COTYLEDON 2（LEC2）、ABSCISIC ACID INSENSITIVE 3（ABI3）和FUSCA3（FUS3），以及一个HAP3宗族CCAAT-box结合因子（LEC1）构成。其间，ABI3是玉米viviporous 1（VP1）的同源蛋白，氨基酸序列保存，功用能互相互补。但是，FUS3和LEC2在单双子叶植物间的序列变异较大，FUS3在玉米中同源联系最近的是ZmABI19，但类似性只要24.6%，且大多散布在在B3结构域。拟南芥的胚乳在种子发育前期就已降解，种子在老练时只含一层胚乳细胞，因而，FUS3同源蛋白在玉米胚乳中的调控功用尚不清楚。

  研讨人员经过CRISPR-Cas9技能，获得了多个zmabi19突变体，发现纯合突变体中O2基因的mRNA和蛋白水平剧烈下降，下流醇溶蛋白基因表达也随之清楚明了地下降，这在遗传上证明ZmABI19直接调控O2转录因子表达从而参与灌浆调控。因为PBF1能够显着地增强O2的转录激活、且表达形式和O2简直完全一致，研讨人员发现，ZmABI19也能够经过辨认RY-motif直接调控Pbf1表达。zmabi19纯合突变体籽粒的胚乳和胚均发育均反常，老练籽粒变小并粉质，不能萌生。RNA-seq标明，zmabi19在胚乳中显着影响养分储存库活动（Nutrient reservoir activity）及淀粉和糖代谢途径，在胚中影响植物激素信号转导及脂肪代谢。联合转录组（RNA-seq）和染色质免疫共沉淀（ChIP-seq）剖析发现，ZmABI19不只调控O2和Pbf1，还直接调控其它多个胚乳特异表达的调控灌浆的转录因子（ZmbZIP22，O11，NAC130），胚乳基底转运层定位的糖转运蛋白基因SWEET4c。此外，ZmABI19还直接调控胚发育与盾片贮藏物质组成的中心转录因子Vp1及多个植物激素相关因子。上述研讨标明，ZmABI19是协同籽粒前期发育与灌浆开端的中心转录因子。

  分子植物杰出中心博士后杨桃和博士生郭亮星为论文的一起榜首作者，巫永睿为论文通讯作者，副研讨员王海海、王婕琛，博士生冀晨、郑喜喜、肖俏协作参与了研讨作业。研讨作业得到中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金项目的赞助。

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