轉錄因子Dof3在玉米籽粒糊粉層發育中的功能與作用機制

《轉錄因子Dof3在玉米籽粒糊粉層發育中的功能與作用機制》是依託中國農業大學，由於靜娟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：轉錄因子Dof3在玉米籽粒糊粉層發育中的功能與作用機制
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：於靜娟
• 項目類別：面上項目

項目摘要

玉米胚乳發育的調控一直是科學研究熱點，糊粉層是玉米胚乳的重要組成部分。Dof蛋白是植物特有的轉錄因子，參與許多生理過程。通過對玉米進行全基因組的篩選，獲得糊粉層中特異表達Dof轉錄因子基因Zmdof3，干擾Zmdof3在玉米籽粒中的表達，導致轉基因玉米籽粒乾癟、胚發育不良、出現多層糊粉層細胞，原位雜交顯示ZmDof3基因主要在籽粒的糊粉層中表達。這些結果暗示ZmDof3在玉米糊粉層發育中起著重要的作用。進一步，對干擾的轉基因籽粒中與糊粉層發育相關基因的分析顯示，Dek1基因的表達有所提高，推測ZmDof3可能在Dek1的上游起作用，通過負調控Dek1表達，調控糊粉層細胞的發育。本項目提出申請，進行深入研究，明確ZmDof3在玉米糊粉層發育中的作用和作用機制，探討Zmdof3參與的玉米籽粒發育的調控網路。研究結果不僅能夠加深對玉米籽粒糊粉層發育的了解，還能推進對植物Dof蛋白的功能研究。

結題摘要

Dof蛋白是一類植物特有的、具有保守單鋅指結構的轉錄因子, 參與植物多種發育過程的調控。實驗室前期通過全基因組分析, 發現在玉米籽粒的胚乳中特異表達ZmDof3。ZmDof3具有Dof轉錄因子特性，Zmdof3表達量的降低影響轉基因玉米籽糊粉層發育。在此基礎上，我們對ZmDof3在玉米籽粒發育中的作用和作用機制進行深入分析。掃描電鏡觀察和半薄切片的顯微觀察顯示ZmDof3表達水平下降的轉基因玉米成熟籽粒的糊粉層細胞小且形態不規則，部分位置的細胞層數增多；澱粉粒較小、排列鬆散、形狀不規則。糊粉層分化和發育相關基因nkd1和nkd2，澱粉合成相關基因和蔗糖合酶基因表達量顯著下降。這些結果表明ZmDof3在玉米籽粒發育中發揮著重要的調控作用。為了深入解析玉米籽粒發育的調控，我們對玉米EMS籽粒突變體進行分析。YU18突變體籽粒表現出胚乳乾癟、胚發育遲滯；成熟籽粒中澱粉顆粒變小, 澱粉含量降低；蛋白體變小,醇溶蛋白含量明顯減少，已經克隆到目的基因。進一步將研究該基因的作用機制，明確基因參與的調控網路。對Dof轉錄因子的全基因組水平分析還發現了ZmDof30，其在成熟花粉中的轉錄水平高。本實驗室之前的研究發現，Zm908主要在玉米成熟花粉中表達，參與調控玉米花粉管生長。通過啟動子截短分析和EMSA實驗，證明 ZmDof30能夠通過結合p184上的AAAG元件負調控p184的啟動子活性。ZmDof3可能在玉米花粉中作為Zm908轉錄抑制因子參與對花粉管生長的調控。從玉米中克隆了DREB轉錄因子A-4亞類成員基因ZmDREB4.1。ZmDREB4.1轉基因菸草的下胚軸、莖和葉柄變短,子葉和真葉變小。深入研究顯示轉基因菸草葉片變小可能是由於細胞分裂被抑制，轉基因菸草下胚軸、莖和葉柄變短可能是由於細胞伸長被抑制。該基因的作用機制還需要進一步研究。這些研究有利於解析玉米生長發育，指導玉米遺傳育種。