玉米是世界上重要的糧食、經(jīng)濟(jì)、飼料作物,也是工業(yè)生產(chǎn)的重要原料,在人類食用、牲畜飼用及工業(yè)燃用等方面有著重要作用。因此,如何提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)成為玉米育種者關(guān)心的核心問題之一。玉米籽粒的生長發(fā)育與產(chǎn)量和品質(zhì)性狀緊密相關(guān)。因此,開展玉米籽粒發(fā)育調(diào)控機(jī)制的研究,可為玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的提高提供解決思路和方法。本研究所用材料為B73花粉經(jīng)甲基磺酸乙酯（Ethylmethane sulfonate,EMS）誘變后獲得的,在M2代鑒定到籽粒發(fā)育明顯變小的表型,在M3代有性狀分離的果穗上挑選授粉后12天野生型（Wild type,WT）和突變體（Mutant type,MT）的胚和胚乳,經(jīng)混池轉(zhuǎn)錄組測序分析獲得候選基因Zm00001d015156,經(jīng)共分離驗(yàn)證以及等位測驗(yàn)確定了該基因的突變是引起籽粒變小的原因,通過同源比對、基因表達(dá)特征分析、亞細(xì)胞定位分析、C-to-U編輯分析等方法驗(yàn)證候選基因的功能,主要研究結(jié)果如下:1.經(jīng)EMS誘變獲得兩個(gè)突變體CY16-225和CY16-82,其表型受單基因隱性調(diào)控,通過快速混池RNA-seq（RNA sequencing）定位方法（Easy bulked s... 

【文章來源】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京市

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

玉米籽粒授粉8天后的籽粒模式圖（ZHANetal.,2015）

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文第一章緒論31.2.2.2空癟果皮突變體（Emptypericarpmutants,EMP）其主要特點(diǎn)為胚乳建成有缺陷，以EMP16為例（圖1-2b），在8DAP可以區(qū)分野生型和突變體，而在14DAP，兩者之間的差異變得更加明顯，突變體的籽粒又白又小，而在脫水成熟后，突變體籽粒的果皮空癟皺縮，是不可育的。該突變體功能的異常引起線粒體基因NAD2的第四個(gè)內(nèi)含子（Intron）的異常拼接，造成胚和胚乳的發(fā)育受到阻礙（XIUetal.,2016）。1.2.2.3籽粒缺陷突變體（Defectivekernelmutants,DEK）其主要特點(diǎn)為胚和胚乳的建成都有缺陷，以DEK39為例（圖1-2c），成熟籽粒胚和胚乳較野生型小，80%的突變體籽粒不能發(fā)芽，其余的則只能發(fā)育到初級根和莖的階段，發(fā)芽后3周死亡，調(diào)控該突變體的基因不能正常發(fā)揮作用后，引起了線粒體的基因NAD3（Nicotinamideadeninedinucleotidedehydrogenasesubunits3）的兩個(gè)位點(diǎn)的nad3-247和nad3-275的C-to-U的RNA編輯效率的降低，影響線粒體復(fù)合體I的活性，從而影響籽粒的發(fā)育（LIetal.,2018）。1.2.2.4小粒突變體（Miniaturemutants,MN）其主要特點(diǎn)為籽粒粒重減少，以SMK6（Smallkernel6）為例（圖1-2d），在11DAP野生型籽粒的胚發(fā)育盾片、胚根鞘、葉原基和胚芽鞘，而smk6的胚則只開始根和葉的分生，啟動(dòng)胚芽鞘的發(fā)育，而其胚乳發(fā)育延遲，果皮和胚乳之間造成了空腔，因此成熟時(shí)突變體籽粒比野生型籽粒小，該突變體通過影響線粒體基因nad1-740、nad4L-110、nad7-739、mttB-138和mttB-139的C-to-U的RNA編輯功能，破壞線粒體的活性，影響玉米籽粒的胚胎發(fā)生和胚乳發(fā)育（DINGetal.,2019）。圖1-2玉米籽粒突變體的分類（LIetal.,2015;XIUetal.,2016;LIetal.,2018;DINGetal.,2019）Fig.1-2Thecharacteristicofkernelmutantinmaize

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文第一章緒論41.3玉米中PPR蛋白研究進(jìn)展1.3.1PPR蛋白簡介PPR蛋白最早是在擬南芥篩選定位于線粒體和質(zhì)體中蛋白質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的（SMALLetal.,2000），是具有35個(gè)氨基酸的motif串聯(lián)重復(fù)序列組成的蛋白質(zhì)（BARKANetal.,2012;BARKANetal.,2014），其motif一般重復(fù)2-26次（LURINetal.,2004）。該蛋白在真核生物分布廣泛，但其數(shù)目在植物和非植物之間差異巨大。在擬南芥、玉米和水稻等維管植物中PPR數(shù)目超過400個(gè)（O"TOOLEetal.,2008），人類等哺乳動(dòng)物體中僅有6個(gè)，而錐蟲和紅藻中PPR蛋白數(shù)目比人類多幾倍，但遠(yuǎn)少于陸生植物（丁安明等,2014）。圖1-3陸生植物中PPR蛋白的結(jié)構(gòu)（LURINetal.,2004）Fig.1-3ThearchitectureofPPRproteinsinlandplantsa.P類結(jié)構(gòu)，b.PLS類的常見結(jié)構(gòu)，c.特殊PLS類的結(jié)構(gòu)a.ThearchitectureofPsubfamily,b.ThecommonarchitectureofPLSsubfamily,c.ThespecialarchitectureofPLSsubfamily

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]SMALL KERNEL4 is required for mitochondrial cox1 transcript editing and seed development in maize[J]. Hong-Chun Wang,Aqib Sayyed,Xin-Yuan Liu,Yan-Zhuo Yang,Feng Sun,Yong Wang,Miaodi Wang,Bao-Cai Tan.  Journal of Integrative Plant Biology. 2020(06)
[2]DEK43 is a P-type pentatricopeptide repeat（PPR）protein responsible for the Cis-splicing of nad4 in maize mitochondria[J]. Ru Chang Ren,Li Li Wang,Lin Zhang,Ya Jie Zhao,Jia Wen Wu,Yi Ming Wei,Xian Sheng Zhang,Xiang Yu Zhao.  Journal of Integrative Plant Biology. 2020(03)
[3]植物細(xì)胞器RNA編輯因子的功能及其作用機(jī)制[J]. 王柯茹,朱鴻亮.  中國生物工程雜志. 2020(03)
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博士論文
[1]玉米種子發(fā)育關(guān)鍵基因Emp21的克隆和功能研究[D]. 王勇.山東大學(xué) 2019
[2]玉米籽粒發(fā)育基因Emp11及ZmSmk3的克隆及功能分析[D]. 任雪梅.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018
[3]玉米籽粒突變基因Mn219和Dek39的圖位克隆與基因功能分析[D]. 顧煒.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018
[4]玉米dek35突變體的基因克隆和功能分析[D]. 陳鑫澤.上海大學(xué) 2017
[5]玉米PPR蛋白SMK1編輯線粒體nad7 RNA并控制種子大小[D]. 李小杰.清華大學(xué) 2014

碩士論文
[1]一個(gè)玉米小粒突變體的表型鑒定與基因定位[D]. 范開建.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2016



本文編號(hào)：3239718