《玉米Opaque7突變對醇溶蛋白合成調控的分子機理研究》是依託上海大學，由王剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：玉米Opaque7突變對醇溶蛋白合成調控的分子機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王剛
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
醇溶蛋白是玉米籽粒儲藏蛋白的重要組成，醇溶蛋白的成分和含量是決定玉米品質的重要性狀。玉米胚乳的粉質突變體為研究該性狀提供了重要的研究資源。目前，雖已克隆了部分改變醇溶蛋白成分和含量的玉米胚乳粉質突變基因，但對醇溶蛋白的合成調控以及粉質胚乳的形成機制還不清楚。Opaque7是玉米中經典的粉質胚乳突變，我們通過圖位克隆的方法克隆了Opaque7(o7)基因，初步分析表明該基因既不是醇溶蛋白的直接調控基因也不是醇溶蛋白的結構基因，可能以全新的方式影響醇溶蛋白的合成。本申請擬在此基礎上，利用功能互補、RNAi、過量表達以及模式植物同源基因RNAi來解析o7基因。同時，通過o7/o7突變體與野生型的RNA以及蛋白水平分析該基因突變對其它基因的調控與影響。最後通過共定位技術確認O7的亞細胞定位，結合O7基因轉錄水平和蛋白水平的分析，找出其可能參與以及調控的生化路徑，解析醇溶蛋白合成調控的新方式。
結題摘要
玉米中，一系列的胚乳粉質突變可以通過降低籽粒中主要的儲藏蛋白－醇溶蛋白的合成，從而增加賴氨酸的含量。對這些粉質突變基因的克隆將有助於解析玉米籽粒中醇溶蛋白合成和調控的機理。Opaque7(O7)突變體作為玉米中一個經典的非致死突變，通過影響玉米籽粒中19kDa和22kDaα醇溶蛋白的合成和積累有效提高了賴氨酸的含量。本研究中，通過圖為克隆的方法克隆了O7基因。序列分析表明，該基因在第二個外顯子上缺失了12個鹼基從而造成所編碼的蛋白質缺失了4個胺基酸，4個胺基酸的缺失導致了蛋白穩定性顯著降低，影響了O7蛋白的有效積累。轉基因功能互補和RNAi的方法確認了該基因。O7編碼了一個醯基活化酶(Acyl-Activating enzyme3 AAE3)。該基因在籽粒中高表達，所編碼的酶專一性地參與了細胞中草酸的活化。生化和細胞學分析表明，O7突變體中α醇溶蛋白合成的減少造成的蛋白體數目和體積的下降導致了O7表型的產生。胺基酸和代謝產物的分析表明，O7基因通過影響α－酮戊二酸和草醯乙酸的合成影響了胺基酸的代謝，從而下調了醇溶蛋白的合成。通過RNAi下調玉米與水稻中的AAE3均能造成蛋白合成的下降從而產生Opaque表型，表明該基因在玉米與水稻中功能保守。該基因在玉米與水稻中的功能保守，通過RNAi下調玉米與水稻中的AAE3均能造成蛋白合成的下降從而產生Opaque表型。為了驗證胺基酸缺陷可以抑制醇溶蛋白的合成，我們克隆了proline responding1 (pro1)基因，Pro1基因編碼一個△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(△1-Pyrroline-5- carboxylate synthetase P5CS)，它是催化以谷氨酸為前體合成脯氨酸過程中的限速酶，Pro1功能的喪失，造成突變體中脯氨酸合成與積累的下降。脯氨酸的缺乏造成pro1突變體細胞中空載tRNApro AGG累積，由此引發真核生物翻譯起始因子2(eukaryotic initiation factor 2)的α亞基(eIF2α)磷酸化，從而影響了蛋白質的翻譯效率，抑制了醇溶蛋白的合成。自然界存在著o7基因的修飾基因，o7，pro1和o7基因修飾基因的克隆和功能分析將更全面地解析醇溶蛋白合成調控的機理。
