《玉米Opaque1突變造成胚乳粉質的分子機制研究》是依託上海大學，由王桂鳳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Opaque1突變造成胚乳粉質的分子機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王桂鳳
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
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。玉米粉質胚乳突變體是研究該性狀的重要資源。目前，玉米胚乳粉質突變造成籽粒密度和硬度降低的分子機制還不清楚。玉米經典突變體opaque1在形成粉質籽粒的機制上明顯區別於其它因影響儲藏蛋白合成或積累所形成的粉質胚乳突變體，對揭示決定籽粒硬度的分子機制具有重要研究價值。利用圖位克隆技術克隆了Opaque1基因。本申請在此基礎上，利用功能互補突變表型、模式物種同源基因突變體、RNAi及過量表達解析O1功能。同時，通過定量PCR建立其表達模式，並進行表達組織定位。利用酵母雙雜交篩選與O1互作的蛋白，整合轉錄水平的分析結果，確定O1參與或影響的生物學過程。最後，結合O1突變體的表型分析，揭示opaque1胚乳粉質突變的本質，闡述決定玉米籽粒硬度的分子機制。
結題摘要
玉米是人類糧食、動物飼料、工業原料和生物能源等的主要來源。玉米中存在一種胚乳柔軟粉質不透明的突變，稱為opaque突變。與正常籽粒相比，大多數opaque突變體的賴氨酸含量顯著增加。因此，對此類突變體的研究有助於解析籽粒密度和硬度的決定機制，通過基因工程手段改良玉米的蛋白品質和提高產量。 opaque1是一個經典玉米籽粒胚乳粉質突變體。與野生型相比，o1成熟籽粒中的總蛋白、醇溶蛋白和非醇溶蛋白均沒有顯著變化；在發育的胚乳細胞中，o1突變體的蛋白體變小變多，且內質網發生膨大。利用圖位克隆獲得了O1基因，其全長約30kb，編碼植物特有的XI型肌球蛋白（myosin XI），包含頭部（Head）、頸部（Neck）和尾部（Tail）保守的結構域。野生型和突變體發育的籽粒中，醇溶蛋白的合成和積累均沒有明顯差異。在菸草中表達eYFP-O1-tail融合蛋白，發現O1從細胞質到核膜上均有定位；且有時定位信號為點狀，有時呈彌散狀。亞細胞組分分離和Western雜交發現，O1在內質網和蛋白體上均有分布且主要分布於內質網的膜中。酵母雙雜交結果表明O1不能和與玉米中可能參與管狀內質網形成的相關蛋白互作，也不能與蛋白體的固在蛋白（醇溶蛋白、FL1）互作，表明O1可能不直接參與蛋白體的裝配。同時，在轉錄和翻譯水平上檢測內質網脅迫的感知基因（ER stress sensors）發現，o1突變體中不存在明顯地非蛋白摺疊效應（UPR，unfolded protein response）。在菸草葉片表皮鋪列細胞（pavement cell）中通過顯著性抑制（dominant negative）分析發現，過量表達O1的尾部結構域能夠顯著地抑制內質網的運動。為了鑑定O1與內質網相互作用的介導蛋白（adaptor），利用O1與貨物結合的尾部結構域篩選獲得了一個候選蛋白HIP。HIP是一個HSP70互作蛋白，包括3個保守的結構域TPR、DnaJ和PB1。酵母雙雜交結果驗證了HIP可以和O1互作。同時，亞細胞定位顯示HIP與內質網共定位。BiFC檢測表明，O1尾部也可以和HIP尾部在洋蔥表皮細胞中互作。表明HIP可能是聯繫O1與內質網的介導蛋白。 因此，O1通過調控內質網的運動和形態影響蛋白體的裝配。
