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玉米作为重要的粮食、饲料作物,在保障世界粮食安全方面具有重要意义。玉米籽粒发育是一个复杂的遗传调控过程,许多基因参与玉米籽粒发育的遗传调控,克隆玉米籽粒发育相关基因并解析其功能,将为玉米高产育种提供理论支持。本研究鉴定了一个玉米空果皮籽粒突变体emp601。在授粉后15天的杂合果穗上,突变体籽粒与野生型籽粒区分明显,呈发白和半透明状;成熟籽粒致死,不能萌发。切片观察发现,突变体emp601籽粒在发育初期,胚和胚乳发育明显滞后;在籽粒发育后期,胚乳退化。半薄切片发现突变体emp601基部胚乳转移层(BETL)区细胞壁向内生长发育滞后,细胞壁向内生长减少。将杂合植株与B73杂交再自交构建F2遗传分离群体,F2杂合果穗中正常籽粒和突变籽粒呈现3:1的分离比,表明突变表型受一个单隐性基因控制。通过BSR-Seq将候选基因定位在6号染色体长臂上,进一步通过精细定位,将候选基因定位在248 kb区间,此区间内有6个基因。候选基因在突变体emp601中一个碱基的缺失造成了该基因移码突变和提前终止。转基因互补实验结果表明该基因可以互补emp601突变体空果皮表型,证明此基因是控制emp601表型的目的基因,将其命名为Emp601。Emp601基因编码一个定位于线粒体的E型PPR蛋白。通过比对野生型和突变体emp601内35个线粒体基因cDNA序列,发现突变体内ccmFN基因ccmFN-137、ccmFN-90、ccmFN-743、ccmFN-790和ccmFN-824五个位点的RNA编辑效率下降(P<0.05)。Circular-RT-PCR结果表明emp601中ccmFN mRNA 5’末端较野生型有所延长。ccmFN蛋白的含量在突变体emp601中明显下降。与野生型相比,emp601中细胞色素c1的积累减少,线粒体复合Ⅲ和复合物Ⅰ+Ⅲ2含量减少,复合物Ⅰ+Ⅲ2的NADH脱氢酶活性下降,而复合物Ⅰ的NADH脱氢酶活性没有变化;交替氧化酶蛋白含量和其编码基因转录水平增加。透射电镜观察超薄切片发现,emp601突变体胚乳线粒体生成异常,线粒体嵴几乎没有。代谢组分析结果显示Emp601功能缺失会引起多种氨基酸的积累增加。综上所述,玉米Emp601功能缺失影响线粒体基因ccmFN的ccmFN-137、ccmFN-190、ccmFN-743、ccmFN-790和ccmFN-824五个位点的 RNA 编辑和ccmFNmRNA 5’末端的加工过程,进而影响线粒体功能和能量的供应,最终造成空果皮表型。