ZOU基因在調控胚胎髮育中的功能研究

《ZOU基因在調控胚胎髮育中的功能研究》是依託山東師範大學，由楊素欣擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：ZOU基因在調控胚胎髮育中的功能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊素欣
• 依託單位：山東師範大學

項目摘要

胚胎髮育與胚乳發育之間的關係，是植物發育中的一個基本問題。但是對於胚乳提供何種信號來協調胚胎髮育與胚乳發育至今尚無定論。ZOU基因是第一個發現的同時參與了胚從胚乳中的分離和胚乳降解兩個過程的轉錄調控因子。ZOU在胚乳中特異表達，通過一種有待證實的信號傳導系統調控胚的發育。在zou的突變體中，胚發育被過早終止，胚乳和胚無法分離，大量胚乳無法降解。本課題將研究ZOU基因在胚乳調節胚發育中的信號傳導系統，發現ZOU基因相關的靶基因，分離參與調節胚和胚乳之間的角質層形成的重要基因。同時我們還將分離水稻中的ZOU基因的同源基因，分析其在種子發育中的作用，研究ZOU相關基因在被子植物種子演化中的功能。

結題摘要

被子植物種子是人類賴以生存的主要食物，這些種子包含雙受精產物-胚和胚乳。儘管穀類的種子的胚乳有重要的經濟價值，但關於胚乳的降解的調控機制和信號途徑卻知之甚少。ZHOUPI（ZOU）基因是在擬南芥胚乳中特異表達來促進胚乳細胞凋亡而協調胚胎髮育和胚乳發育的一個bHLH轉錄調控因子，為鑑定擬南芥控制胚乳細胞凋亡發育的新基因提供了工具。 本項目以zou突變體為材料，建立了容量為2萬株系的T-DNA插入突變體庫和容量為1萬M2株系的EMS誘變的突變體庫，篩選得到抑制zou突變體種子皺縮的突變體22個。 對於篩選到的抑制zou突變體種子皺縮的2個突變體——spz2（suppssor2 of zou）和spz4（suppssor4 of zou）進行圖位克隆和互補實驗證實：SPZ2編碼一個RNA結合蛋白基因FPA，SPZ4是編碼hnRNA結合蛋白的基因UBA2c。表型分析表明,spz2和spz4突變體種皮光滑，種子飽滿，胚發育接近於正常野生型發育,而zou突變體胚發育停滯在心形期前後；spz2和spz4突變體的子葉表皮完整，不像zou突變體那樣對乾旱過於敏感；組織切片和TUNEL實驗證實spz2和spz4突變體胚周圍的胚乳細胞出現細胞凋亡，而且胚和胚乳之間在心形期開始分離。這些研究證明： SPZ2 和SPZ4突變抑制ZOU突變體種子皺縮的表型是通過促進胚乳細胞的凋亡導致zou突變體停滯發育的胚的持續生長而實現。完成了Col-0、zou4、spz2 zou4和spz4 zou4的轉錄組測序分析，從轉錄組水平分析影響胚乳降解的各個因子之間的關係，鑑定到多個表達發生改變的基因。 分別從單子葉的水稻和雙子葉的大豆中分離到ZOU基因的同源基因，證實了OsZOU和GmZOU1可以互補zou 突變體的表型；表達模式分析表明：OsZOU 和GmZOU1隻在水稻和大豆胚乳中表達，表明在單子葉和雙子葉中ZOU基因功能的保守性。 通過本項目的實施，我們建立研究了與ZOU相關的基因的突變體庫，篩選到ZOU 基因的抑制突變體22個，克隆SPZ2 和SPZ４基因，首次證實了ＲＮＡ結合蛋白可與ZOU基因一起參與調節胚乳細胞的凋亡；從單子葉的水稻和雙子葉的大豆中分離到ZOU基因的同源基因，初步研究了其生物學功能，為了解ZOU 相關基因在被子植物種子中胚乳控制胚發育的信號途徑中的功能奠定了基礎。