ZmPCK2在玉米籽粒胺基酸卸載過程中的作用及其調控

《ZmPCK2在玉米籽粒胺基酸卸載過程中的作用及其調控》是晁青為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：ZmPCK2在玉米籽粒胺基酸卸載過程中的作用及其調控
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：晁青
• 依託單位：中國科學院植物研究所

項目摘要

玉米在籽粒形成過程中，積累了大約80%的碳和1.5%的氮。碳氮代謝信號及碳氮比例直接影響植物的源/庫關係，從而影響玉米的品質和產量。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）在胺基酸、糖和脂類的相互轉化中起著重要作用。已發現在多種植物種子的維管系統中表達。我們的前期工作表明玉米的PEPCK存在兩個異構體ZmPCK1和ZmPCK2，其中ZmPCK2未見報導。本項目擬研究ZmPCK2在參與種子中胺基酸的卸載及代謝中的生物學作用；研究其蛋白質翻譯後修飾與其酶活性的關係；利用生物化學方法與蛋白質技術研究其在種子中與其相互作用的蛋白揭示其調控網路。本項目的研究工作對於闡明玉米種子中ZmPCK2的潛在生物學功能，揭示其在調節光合產物在玉米從源到庫卸載過程中的重要作用具有重要意義。

結題摘要

玉米在籽粒形成過程中，積累了大約80%的碳和1.5%的氮。碳氮代謝信號及碳氮比例直接影響植物的源/庫關係，從而影響玉米的品質和產量。磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（PEPCK）在胺基酸、糖和脂類的相互轉化中起著重要作用。我們的前期工作表明玉米的PEPCK存在兩個異構體ZmPCK1和ZmPCK2，而ZmPCK2是PEPCK在種子中主要表達的異構體形式。我們通過對ZmPCK2在種子中的翻譯後修飾研究，發現其在種子中受到磷酸化和泛素化修飾，並且在胚、胚乳、花梗中及種子的不同發育時期具有不同的修飾形式。通過PEPCK的特異性抗體進行免疫沉澱（IP），發現蔗糖、澱粉、蛋白及氮代謝相關的蛋白在種子的胚、胚乳及花梗中與其發生相互作用。通過ZmPCK2在不同自交系中的序列分析，發現其在不同的自交系中序列差異很大，但多數位於5'-UTR和內含子區域。基於克隆到的ZmPCK1和ZmPCK2啟動子序列的差異，確定ZmPCK2的特異轉錄因子與細胞分裂和分生組織的發育相關。通過染色體免疫沉澱（CHIP）發現，ZmPCK2在玉米的胚和胚乳中的組織特異性表達與啟動子區的組蛋白修飾相關，與H3的乙醯化呈正相關，與H3K9的二甲基呈負相關。通過進化分析發現PEPCK在微生物和植物之間差異很大，而在植物中比較保守。玉米擁有不同的N端序列，磷酸化程度的不同會影響PEPCK的酶活性。通過農桿菌介導轉化的方法，我們得到了ZmPCK2的過表達、RNA干擾（RNAi）和CRISPR敲除的轉基因植株，用於檢測ZmPCK2在玉米種子發育及種子萌發過程中的重要作用。