《玉米胚胎髮生相關基因EMB4的功能研究》是依託山東大學，由李翠玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：玉米胚胎髮生相關基因EMB4的功能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李翠玲
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
種子的發育是影響育性和產量的關鍵步驟。對這一過程調控機理的認識不僅是生物學的基本問題，也是作物改良的重要環節。胚胎髮生是種子發育的重要組成部分,目前對玉米胚胎髮生的研究報導很少。因此深入研究這一問題,對於揭示早期胚胎髮生和器官分化中的一系列複雜問題是十分重要的。我們利用Robertson's Mutator 轉座子技術在玉米中分離了胚胎髮育缺陷突變體emb4(embryo defective 4)，表型為成熟種子中胚胎髮育延遲，胚乳發育相對正常。遺傳分析表明其為單基因隱性遺傳，通過等位測驗，我們已經克隆了EMB4基因，本項目中將從結構，生理，生化和作用機制等方面將對其功能進行詳細的研究，探討其在玉米育種中潛在價值。EMB4 基因是影響主要經濟作物玉米胚胎髮育的關鍵基因之一，所以闡明它的功能不但有助於揭示玉米和其它禾本科作物的胚胎髮育機理，對於提高作物產量也有潛在的套用價值。
結題摘要
儘管圍繞植物種子發育和胚胎髮生的研究近年來進展很大，然而關於作物胚胎髮生的調控機制目前仍不是很清楚。我們在玉米的Uniform Mu轉座子插入突變體庫中分離到一個胚胎髮生缺陷的突變體，並命名為emb14。與野生型相比，emb14突變體的種子在成熟期差別不明顯但成熟種子不能萌發。對其回交群體的遺傳分析，確定其為單基因隱形突變，純合致死。通過對成熟種子表型分析發現emb14種子類似於胚胎的結構，但是不能進行正常的器官分化，影響種子的育性。 我們通過轉座子標籤法克隆了EMB14基因，序列分析顯示EMB14與細菌中的一類cGTPase具有很高的同源性，EMB14重組蛋白的體外酶活檢測顯示其具有GTPase活性，能夠高效的水解GTP，生成GDP和Pi。細胞學定位顯示EMB14定於與葉綠體中。利用透射電鏡TEM比較了野生型和emb14突變體種子的胚和胚乳中葉綠體前體，發現突變體中質體發育延緩；cGTPase在細菌中的功能研究表明其可能在核糖體的組裝中起作用，能夠影響核糖體RNA的剪下加工和蛋白質翻譯調控。檢測發現emb14突變體的葉綠體中核糖體小亞基16s rRNA的表達受到嚴重抑制，同時檢測了葉綠體蛋白中葉綠體編碼基因和核基因編碼基因的表達情況，發現兩種轉錄方式的產物都受到轉錄影響，蛋白水平的免疫雜交也發現葉綠體蛋白的翻譯也受EMB14的調節。這些結果說明EMB14可能參與了葉綠體和其前體中核糖體的組裝，從而影響葉綠體蛋白的翻譯和穩定性，並最終導致了胚胎髮生缺陷的表型。 同時通過分析EMB14對過表達株系中種子發育和胚胎髮生的影響，揭示EMB14在促進植物生長，提高作物產量方面潛在的套用價值。
