玉米NAC家族胚乳特異性表達(dá)基因ZmES32的功能分析.pdf

1、玉米是世界上重要的糧食、油料及飼料作物，中國(guó)是世界上最大的玉米生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)之一。玉米在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中占據(jù)著重要的位置，不僅是人類和動(dòng)物的能量來(lái)源，還涉及醫(yī)療，釀造業(yè)和化工能源等諸多行業(yè)。淀粉是玉米深加工的主要產(chǎn)品，胚乳是玉米籽粒積累和貯藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要部位，約占玉米籽粒的80％以上，是決定玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素。因此深入開展對(duì)玉米淀粉生物合成代謝途徑的研究，挖掘玉米淀粉合成相關(guān)基因功能，對(duì)作物品質(zhì)的遺傳改良和培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的玉米等方面

2、具有重要意義。本研究基于前期的基因組關(guān)聯(lián)分析篩選與胚乳特異性表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)果，從玉米 B73自交系中克隆得到了玉米胚乳特異性表達(dá)的候選基因ZmES32，并通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)該基因在籽粒淀粉代謝過(guò)程中的功能進(jìn)行了分析，并初步探討了其調(diào)控機(jī)制，獲得的主要結(jié)果如下：
　?。?）從玉米B73自交系中克隆得到了玉米胚乳特異性表達(dá)基因 ZmES32，對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)研究和預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，該基因序列全長(zhǎng)1176 bp，編碼391個(gè)氨基酸，pI為

3、5.81，Mw為42.13kD；屬于NAC轉(zhuǎn)錄因子家族；具有核輸出序列，不具有信號(hào)肽和明顯的跨膜結(jié)構(gòu)域。
　　（2）通過(guò)熒光定量PCR方法對(duì)ZmES32基因進(jìn)行組織表達(dá)模式分析，結(jié)果顯示該基因在授粉后10d、15d、20d的胚乳中表達(dá)量較高，其他組織基本不表達(dá)，進(jìn)一步確定ZmES32基因是一個(gè)胚乳特異性表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子。
　?。?）對(duì)ZmES32的亞細(xì)胞定位分析發(fā)現(xiàn)其是一個(gè)核定位蛋白；酵母轉(zhuǎn)錄活性分析表明該蛋白具有轉(zhuǎn)錄自激活活性

4、，轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域位在335-392的氨基酸之間，通過(guò)酵母單雜交對(duì)其 DNA結(jié)合特異性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn) ZmES32能夠與CATGTG元件特異性結(jié)合，說(shuō)明ZmES32是一個(gè)典型的轉(zhuǎn)錄因子。
　?。?）對(duì) ZmES32轉(zhuǎn)基因水稻進(jìn)行了農(nóng)藝性狀分析發(fā)現(xiàn)，籽粒的千粒重、粒長(zhǎng)、粒寬、總淀粉含量、可溶性糖含量、支鏈淀粉的藍(lán)值和最大吸收峰均比對(duì)照組中花11降低，但直鏈淀粉的含量增加，最大均差值達(dá)到2.81%，相應(yīng)的直鏈淀粉的藍(lán)值和最大吸收峰也比野生

5、型要高，另外對(duì)籽粒的掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，籽粒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，淀粉顆粒和蛋白體之間結(jié)構(gòu)排列疏松，出現(xiàn)堊白現(xiàn)象。結(jié)果揭示，ZmES32基因?qū)D(zhuǎn)基因水稻的大小和重量產(chǎn)生了影響，同時(shí)提高了直鏈淀粉的含量。
　　（5）通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法獲得了過(guò)量表達(dá)該基因的轉(zhuǎn)基因水稻植株，對(duì)轉(zhuǎn)基因水稻籽粒中與淀粉合成相關(guān)的17個(gè)內(nèi)源基因的表達(dá)量的研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源基因的表達(dá)量受到影響，其中與直鏈淀粉合成相關(guān)的 OsGBSSI基因的表達(dá)水平高于野生型，而與支鏈