玉米胚乳蛋白體的分子解析

《玉米胚乳蛋白體的分子解析》是依託上海大學，由王桂鳳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：玉米胚乳蛋白體的分子解析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王桂鳳
• 依託單位：上海大學

中文摘要

籽粒的密度和硬度是決定玉米產量和品質的重要性狀。儲藏蛋白的合成與積累對該性狀起決定性的作用。蛋白體是玉米主要儲藏蛋白（醇溶蛋白）積累的特有細胞器，同時也是生物合成外源蛋白質的重要載體。目前，蛋白體生物合成和裝配的分子機制還不清楚。本研究擬從亞細胞水平解析玉米胚乳蛋白體的蛋白質組，從總體上揭示蛋白體固在蛋白的組成和功能分類。前期研究表明，O1通過控制內質網的運動和形態影響蛋白體的裝配，但其調控細節仍需闡明。通過系統篩選O1尾部結構域的互作蛋白建立O1蛋白互作網路，進一步揭示O1行使的生物學功能。結合蛋白體蛋白質組信息，選取內質網和蛋白體相關的關鍵蛋白進行功能分析。最後，在菸草體內誘導的蛋白體系統中，通過顯性抑制、添加化學抑制劑等研究Myosin類馬達蛋白、內質網和細胞骨架對蛋白體裝配的影響，探究蛋白體合成裝配的機制，為玉米籽粒品質相關性狀的分子設計和創新提供理論依據。

結題摘要

籽粒是玉米的主要儲藏器官，積累了大量的澱粉、蛋白和油脂等物質。它們直接決定了籽粒的品質、質地及儲藏相關的性狀，並且為胚早期的生長發育提供營養。在胚乳發育過程中，醇溶蛋白在多聚核糖體合成後在內質網膜上聚集並組裝，在內質網腔內形成蛋白體，也是生物合成外源蛋白質的重要載體。 結合蔗糖不連續密度梯度及連續密度梯度離心，獲得了純淨且完整的蛋白體並進行HPLC-MS分析，共獲得2433個蛋白。TargetP和WoLF PAORT分析表明：這些蛋白主要分布在內質網及其分泌途徑、線粒體、質體及胞質。KEGG分析可知，主要分布在代謝途徑、二級代謝產物的生物合成、核糖體、內質網的蛋白進程和氧化磷酸化。酵母雙雜交發現，蛋白體中分離的2個Myosin XI不能與另2個DUF593蛋白互作，但是XI-3能與其他3個DUF593蛋白（BP1-3）互作。這表明Myosin XI和DUF593的互作具有亞型特異性並且在不同的植物中保守。 dek36突變的表型為小而塌陷的有缺陷籽粒且為胚或苗致死型突變。圖位克隆表明，DEK36編碼E+類型的PPR蛋白。DEK36參與了線粒體轉錄本3個位點的編輯：atp4-59、nad7-383d及ccmFN-302，導致線粒體複合物I、III 和IV的功能減弱。擬南芥的同源突變體At_dek36也顯示類似的表型：種子塌陷，胚和胚乳發育受阻，導致胚致死。At_dek36在atp4、nad7及ccmFN也存在編輯缺陷，但是位點不保守。ccmFN1, ccmFN2 and rps12轉錄本上的所有編輯位點的編輯效率在At_dek36突變體中均一致下調，表明AtDEK36能夠增加這些轉錄本的穩定性。該研究闡明了DEK36在影響玉米和擬南芥種子發育中通過不同的方式來調控線粒體轉錄本RNA的代謝，揭示了單子葉和雙子葉植物種子演化過程中PPR蛋白與其調控線粒體轉錄本協同進化。 Por1編碼脯氨酸生物合成過程中的限速酶△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶P5CS。RNA印跡揭示，pro1突變體中空載的tRNApro AGG大量積累，由此導致eIF2α被磷酸化，而磷酸化的eIF2α會抑制蛋白的合成，造成pro1中蛋白含量普遍降低。進一步發現，pro1中與細胞周期相關的基因表達發生改變, 進而導致pro1細胞周期發生變化, 使細胞停滯在G1期。闡明脯氨酸調控蛋白合成和細胞周期轉變作用。