玉米籽粒澱粉合成重要轉錄因子鑑定及功能分析

《玉米籽粒澱粉合成重要轉錄因子鑑定及功能分析》是黃玉碧為項目負責人，四川農業大學為依託單位的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：玉米籽粒澱粉合成重要轉錄因子鑑定及功能分析
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：黃玉碧
• 依託單位：四川農業大學

項目摘要

灌漿期籽粒澱粉合成關鍵酶活性決定了作物的灌漿速率。同時提高多個澱粉合成關鍵酶基因的表達是提高作物灌漿速率的合理途徑。本項目選取灌漿快、慢的兩個玉米骨幹自交系Mo17和黃早四為材料，通過澱粉積累動態測定、RNA-seq、比較基因組學以及順式作用元件和轉錄因子預測等，篩選能同時調控多個胚乳澱粉合成關鍵酶基因表達的轉錄因子；分析可能調控澱粉合成限速酶基因sh2、bt2表達的轉錄因子的功能。通過酵母單雜交和凝膠阻滯實驗驗證候選轉錄因子與關鍵酶基因啟動子的結合特性；通過胚乳瞬時表達分析轉錄因子對關鍵酶基因啟動子活性的影響；再通過轉基因過表達和敲除分析轉錄因子對胚乳澱粉合成和籽粒灌漿的作用。以此篩選出能同時調控多個玉米澱粉合成關鍵酶基因表達、控制玉米灌漿速率的重要轉錄因子，為開展高效灌漿速率玉米分子育種設計，增加玉米單產提供理論支持。

結題摘要

灌漿期籽粒澱粉合成關鍵酶活性決定了作物的灌漿速率，同時提高多個澱粉合成關鍵酶基因的表達是提高作物灌漿速率的合理途徑。本項目選取灌漿快、慢的玉米骨幹自交系Mo17，黃早四，R08等為材料，通過澱粉積累動態測定、RNA-seq、比較基因組學以及順式作用元件和轉錄因子預測等，篩選鑑定了能同時調控多個胚乳澱粉合成關鍵酶基因表達的轉錄因子並對其調控機制進行了深入研究： 通過鑑定影響Sh2啟動子活性的關鍵順式作用元件，發現胚乳異源表達轉錄因子VP1能直接與RY repeat元件相結合調控Sh2基因的表達。由於前期報導VP1能與RY repeat結合調控基因表達，為了鑑定能同時調控多個胚乳澱粉相關基因表達的異源轉錄因子，我們對玉米澱粉合成關鍵基因Sh2的啟動子進行了分析並進一步鑑定了調控玉米胚乳澱粉合成關鍵基因的轉錄因子VP1，同時構建其植物表達載體，以R08為受體材料，獲得了VP1轉基因自交系，並通過連續回交，獲得了性狀穩定的轉基因材料，籽粒澱粉含量顯著提高。同時研究了蔗糖和ABA協同調控玉米胚乳澱粉合成的分子機制，篩選了ZmWRKY82.2轉錄因子能介導蔗糖和ABA協同調控澱粉合成關鍵基因表達，並對ZmWRKY82.2的作用機制進行了深入分析。 通過對胚乳灌漿期間澱粉合成相關基因表達譜進行測定，同時測定糖和激素對胚乳澱粉合成相關基因表達的影響，分析胚乳澱粉合成相關基因表達規律。結合灌漿期間澱粉合成相關基因表達規律，採用共相關分析篩選調控澱粉合成關鍵候選轉錄因子。重點對候選轉錄因子ZmbZIP91進行鑑定，分析了ZmbZIP91表達特性，利用瞬時表達體系鑑定ZmbZIP91對澱粉合成相關基因的調控功能。並通過各中分子生物學實驗技術對ZmbZIP91調控玉米澱粉合成相關基因表達分子機理進行了解析。 本項目研究成果克隆鑑定了VP1，ZmbZIP91，ZmWRKY82.2 三個調控玉米澱粉多個功能基因表達的轉錄因子，深入解析了玉米籽粒澱粉的生物合成分子機制，並獲得了VP1轉基因玉米高澱粉材料，研究成果為進一步通過分子手段培育高澱粉玉米新品種提供了候選材料和基因。