玉米是目前世界上分布最廣的作物之一,其對(duì)環(huán)境具有高度的適應(yīng)性,并且其產(chǎn)量也高,所以其在保障世界糧食安全中發(fā)揮著舉足輕重的作用。玉米產(chǎn)量直接體現(xiàn)于玉米的籽粒,而胚和胚乳是玉米籽粒的重要組成部分,所以研究胚和胚乳發(fā)育的相關(guān)基因,有助于我們對(duì)玉米籽粒發(fā)育機(jī)理的研究,也可以為提高玉米產(chǎn)量提供理論基礎(chǔ)。在本課題中,我們通過EMS誘變的方式獲得了兩種籽粒突變體mn219和dek39,利用圖位克隆技術(shù)分離出相應(yīng)的基因,而后對(duì)這兩個(gè)基因進(jìn)行了比較詳細(xì)的功能分析。mn219突變體與野生型相比,表型表現(xiàn)為籽粒變小,變薄,胚乳中粉質(zhì)胚乳比例降低,硬質(zhì)胚乳變多,發(fā)芽率偏低,苗期存在部分致死現(xiàn)象。植株生長(zhǎng)緩慢,花期偏遲,并且花期不集中,該突變體是一種單基因隱性突變體。Mn219定位在玉米二號(hào)染色體上的短臂端48.19 Mb到48.91 Mb的區(qū)間范圍內(nèi),通過對(duì)候選基因的分析驗(yàn)證,我們發(fā)現(xiàn)在GRMZM2G018223這個(gè)基因上存在著G到A的突變,導(dǎo)致該基因翻譯提前終止。該基因編碼Elongator復(fù)合體的一個(gè)亞基ELP1,影響基因的轉(zhuǎn)錄延伸。Mn219的突變降低了 H3K14位點(diǎn)的乙酰化水平,從而影響了下游基因的表達(dá)。通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)在mn219中,兩個(gè)與Bak1功能相關(guān)的基因(GRMZM2G176922和AC21 7401.3_F_003)的表達(dá)水平發(fā)生了下調(diào),Bak1與油菜素內(nèi)酯信號(hào)傳導(dǎo)途徑相關(guān)。通過油菜素內(nèi)酯處理實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)mn219對(duì)油菜素內(nèi)酯的敏感程度降低。我們的結(jié)果顯示Mn219在籽粒發(fā)育的過程中起著重要的作用,影響著籽粒發(fā)育。dek39突變體與野生型相比,表型表現(xiàn)為籽粒變薄,存在皺縮現(xiàn)象,胚和胚乳發(fā)育均不正常,發(fā)芽率很低,苗期致死;植株不能存活,無法得到純合突變體果穗。該突變體是一種單基因隱性突變體。Dek39定位在玉米九號(hào)染色體上的長(zhǎng)臂端111.3 Mb到112.5 Mb的區(qū)間范圍內(nèi),通過對(duì)候選基因的分析驗(yàn)證,我們發(fā)現(xiàn)在GRMZM2G345128這個(gè)基因上存在著G到A的突變,導(dǎo)致了該基因翻譯提前終止。DEK39是一個(gè)P-L-S亞家族的PPR蛋白,并且含有E結(jié)構(gòu)域,在線粒體和葉綠體中均有表達(dá)。在線粒體中,我們發(fā)現(xiàn)nadd3-247和nad3-275兩個(gè)位點(diǎn)的編輯效率下降,nad3-275位點(diǎn)甚至喪失了編輯功能。但是在葉綠體中,沒有發(fā)現(xiàn)有位點(diǎn)在編輯效率上發(fā)生變化。nad3-247和nad3-275兩個(gè)位點(diǎn)的編輯效率的降低導(dǎo)致了線粒體復(fù)合體I的活性的下降。我們的研究結(jié)果顯示Dek39參與RNA編輯,在籽粒發(fā)育過程中扮演著十分重要的角色。
【學(xué)位單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S513
【部分圖文】：

１．１玉米籽粒發(fā)育研究進(jìn)展逡逑１．１．１玉米籽粒的結(jié)構(gòu)逡逑玉米籽粒主要由胚乳和胚構(gòu)成，外圍由一層果皮包被著（圖１－１Ａ）。玉米在雙受精之后，一逡逑個(gè)精細(xì)胞與卵細(xì)胞結(jié)合形成胚，胚在整個(gè)成熟籽粒中所占的比重約為１５％，完整的胚包括葉原基，逡逑莖分生組織，根分生組織。另一個(gè)精細(xì)胞與兩個(gè)極核結(jié)合形成胚乳，屬于三倍體的結(jié)構(gòu)。胚乳在逡逑成熟的籽粒中占到了邋８５％左右的比例，胚乳從結(jié)構(gòu)上可分成四個(gè)部分［１］（圖１－１Ｂ）。這四個(gè)部分逡逑分別為：ａ．糊粉層（ａｌｅｕｒ0ｎｅ，ＡＬ），糊粉層位于胚乳的最外層，由一層細(xì)胞組成，這層細(xì)胞富含逡逑蛋白質(zhì)和油分等，在種子發(fā)芽過程中起著重要的作用［２］；飫淀粉細(xì)胞層（ｓｔａｒｃｈｅｎｄｏｓｐｅｒａｉ，邋ＳＥ），逡逑是胚乳的主要組成部分，含有淀粉和蛋白質(zhì)等物質(zhì)；ｃ．胚乳基質(zhì)轉(zhuǎn)移層（ｂａｓａｌ邋ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ邋ｔｒａｎｓｆｅｒ逡逑ｌａｙｅｒ，邋ＢＥＴＬ），其位于底部胚乳與底部果皮及穗軸相連接的部位，該層細(xì)胞的長(zhǎng)度比其它部位細(xì)逡逑胞長(zhǎng)

有一些ＰＰＲ的基序含有３６個(gè)氧基酸，稱為Ｌ基序。還有一些含有較少氨基酸數(shù)目的ＰＰＲ逡逑基序，較為常見的有３１個(gè)氨基酸，稱為Ｓ基序。ＰＰＲ蛋白家族主要有Ｐ亞家族和ＰＬＳ亞家族［７６］，逡逑Ｐ亞家族只包含Ｐ基序（圖１－３Ａ），而ＰＬＳ亞家族除了含有Ｐ基序外，還含有Ｌ基序和Ｓ基序。逡逑這些基序不僅在氨基酸組成數(shù)目上存在差異，而且在序列構(gòu)成的保守氨基酸上也有所不同（圖逡逑１－３Ｂ）。比如和雄性不育相關(guān)的ＲＦＯ蛋白就是典型的Ｐ亞家族ＰＰＲ蛋白［８°］，在擬南芥中發(fā)現(xiàn)的逡逑與電子呼吸傳遞鏈相關(guān)的ＣＲＲ２蛋白就屬于ＰＬＳ亞家族ＰＰＲ蛋白［８１］。逡逑大多數(shù)的Ｐ亞家族成員都含有１個(gè)或多個(gè)Ｐ基序，在蛋白的氨基端有蛋白的定位信號(hào)肽。但逡逑是也有少數(shù)的Ｐ亞家族的竣基端含有一個(gè)ＳＭＲ結(jié)構(gòu)域，可能具有切割ＲＮＡ或者ＤＮＡ的核酸外逡逑切酶活性，但是還沒有充足的證據(jù)證明這一點(diǎn)。ＰＬＳ亞家族的ＰＰＲ蛋白通常還有額外的帶有特殊逡逑功能的Ｃ端結(jié)構(gòu)域：Ｅ結(jié)構(gòu)域和ＤＹＷ結(jié)構(gòu)域［７７］，這些結(jié)構(gòu)域參與到細(xì)胞器的ＲＮＡ－ｅｄｉｔｉｎｇ中，逡逑會(huì)在一些特定的位點(diǎn)通過對(duì)ＲＮＡ的脫氨基作用完成胞嘧啶到尿嘧啶的轉(zhuǎn)變［８２］。逡逑１．４．２邐ＰＰＲ蛋白的分子功能逡逑對(duì)于ＰＰＲ蛋白在分子層面的研宄最近取得了比較快的進(jìn)展，大量遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)表明ＰＰＲ蛋白逡逑參與細(xì)胞器ＲＮＡ表達(dá)的各個(gè)環(huán)節(jié)：ＲＮＡ的穩(wěn)定

２．３．２．１突變體}0奶的籽粒表型逡逑觀察純合突變體的果穗，以野生型（Ｂ７３）的果穗為對(duì)照，可以發(fā)現(xiàn)突變體的果逡逑穗偏小，籽粒排布較松散（圖２－１Ａ）。與野生型的籽粒比較，突變體的籽粒明顯變�。▓D逡逑２－１Ｂ）；突變體的粉質(zhì)胚乳的比例降低，角質(zhì)胚乳的比例增加（圖２－ｌＣ，Ｄ）。在Ｆ２Ｒ雜合果逡逑穗中，可以清晰地看到突變籽粒與正常籽粒的分離（圖２－２），經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，突變籽粒與正常逡逑籽粒的比例符合１：邋３的比例，所以推斷該突變體是單突變體，突變基因?yàn)殡[性基因。逡逑我們?cè)谟^察圖２－１Ｄ的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)的角質(zhì)胚乳與淀粉胚乳的比例大于野生型中的逡逑比例，所以我們推測(cè)突變體中的籽粒組分含量與野生型中的籽粒組分含量有很大的差異。我逡逑們利用了遠(yuǎn)紅外分析儀來檢測(cè)突變體與野生型中的籽粒組分含量。該遠(yuǎn)紅外分析儀有單粒檢逡逑測(cè)和單杯（約２００粒籽粒）測(cè)量的方式，我們采取了單杯測(cè)量的方式，每個(gè)樣品各測(cè)了三個(gè)逡逑重復(fù)，主要檢測(cè)了蛋白含量、油分含量和淀粉含量這三組組分。通過檢測(cè)分析，我們發(fā)現(xiàn)突逡逑變體和野生型在這三組組分的含量上并無明顯差異。具體結(jié)果見表２－１和圖２－３。逡逑為了了解籽粒發(fā)育過程中與野生型的區(qū)別以及變化

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