玉米作為重要的糧食、飼料作物,在保障世界糧食安全方面具有重要意義。玉米籽粒發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的遺傳調(diào)控過程,許多基因參與玉米籽粒發(fā)育的遺傳調(diào)控,克隆玉米籽粒發(fā)育相關(guān)基因并解析其功能,將為玉米高產(chǎn)育種提供理論支持。本研究鑒定了一個(gè)玉米空果皮籽粒突變體emp601。在授粉后15天的雜合果穗上,突變體籽粒與野生型籽粒區(qū)分明顯,呈發(fā)白和半透明狀;成熟籽粒致死,不能萌發(fā)。切片觀察發(fā)現(xiàn),突變體emp601籽粒在發(fā)育初期,胚和胚乳發(fā)育明顯滯后;在籽粒發(fā)育后期,胚乳退化。半薄切片發(fā)現(xiàn)突變體emp601基部胚乳轉(zhuǎn)移層(BETL)區(qū)細(xì)胞壁向內(nèi)生長發(fā)育滯后,細(xì)胞壁向內(nèi)生長減少。將雜合植株與B73雜交再自交構(gòu)建F2遺傳分離群體,F2雜合果穗中正常籽粒和突變籽粒呈現(xiàn)3:1的分離比,表明突變表型受一個(gè)單隱性基因控制。通過BSR-Seq將候選基因定位在6號染色體長臂上,進(jìn)一步通過精細(xì)定位,將候選基因定位在248 kb區(qū)間,此區(qū)間內(nèi)有6個(gè)基因。候選基因在突變體emp601中一個(gè)堿基的缺失造成了該基因移碼突變和提前終止。轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該基因可以互補(bǔ)emp601突變體空果皮表型,證明此基因是控制emp601表型的目的基因,將其命名為Emp601。Emp601基因編碼一個(gè)定位于線粒體的E型PPR蛋白。通過比對野生型和突變體emp601內(nèi)35個(gè)線粒體基因cDNA序列,發(fā)現(xiàn)突變體內(nèi)ccmFN基因ccmFN-137、ccmFN-90、ccmFN-743、ccmFN-790和ccmFN-824五個(gè)位點(diǎn)的RNA編輯效率下降(P0.05)。Circular-RT-PCR結(jié)果表明emp601中ccmFN mRNA 5'末端較野生型有所延長。ccmFN蛋白的含量在突變體emp601中明顯下降。與野生型相比,emp601中細(xì)胞色素c1的積累減少,線粒體復(fù)合Ⅲ和復(fù)合物Ⅰ+Ⅲ2含量減少,復(fù)合物Ⅰ+Ⅲ2的NADH脫氫酶活性下降,而復(fù)合物Ⅰ的NADH脫氫酶活性沒有變化;交替氧化酶蛋白含量和其編碼基因轉(zhuǎn)錄水平增加。透射電鏡觀察超薄切片發(fā)現(xiàn),emp601突變體胚乳線粒體生成異常,線粒體嵴幾乎沒有。代謝組分析結(jié)果顯示Emp601功能缺失會(huì)引起多種氨基酸的積累增加。綜上所述,玉米Emp601功能缺失影響線粒體基因ccmFN的ccmFN-137、ccmFN-190、ccmFN-743、ccmFN-790和ccmFN-824五個(gè)位點(diǎn)的 RNA 編輯和ccmFNmRNA 5'末端的加工過程,進(jìn)而影響線粒體功能和能量的供應(yīng),最終造成空果皮表型。
【學(xué)位單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S513
【部分圖文】：

形成的垂周細(xì)胞壁相遇則停止生長．完成中央大液泡進(jìn)行區(qū)域化。此時(shí)分區(qū)往往比較??大．大的分區(qū)則繼續(xù)進(jìn)行分裂完成區(qū)域化．最終完成胚乳細(xì)胞化（Ｂｏｍｍｅｒｔ?ａｎｄ?Ｗｅｒｒ．??２００１）（圖１－３）。玉米胚乳的細(xì)胞化一般在授粉后４天完成（Ｏｌｓｅｎ，?２００１）。隨著細(xì)胞化??的進(jìn)行，四種具有不同功能的胚乳組織開始形成：胚周圍區(qū)、基部胚乳轉(zhuǎn)移層區(qū)、淀??粉胚乳區(qū)和糊粉層。谷物類胚乳中決定細(xì)胞分化方向的是細(xì)胞的位置效應(yīng)。位于胚乳??外圍位置的細(xì)胞中，除了位于主維管組織的細(xì)胞之外．分化形成糊粉層；主維管組織??細(xì)胞分化形成基部胚乳轉(zhuǎn)移層區(qū)；胚乳內(nèi)部細(xì)胞分化形成淀粉胚乳區(qū)（Ｏｌｓｅｎ，?２００１）。??分化后期，四種不同胚乳組織繼續(xù)分化，形成亞糊粉層區(qū)、傳導(dǎo)區(qū)和基部過渡期??（Ｌｅｒｏｕｘ?ｅｔ?ａｌ．．?２０１４）〇??１?＃?暑??ｐｒｏｅｍｂｒｙｏ－ｓｔａｇｅ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ－ｓｔａｇｅ?ｃｏｌｅｏｐｔｉｌａｒ－ｓｔａｇｅ??／Ｉ＾ＡＭ?／／Ｍ??ｍ］／?／翁…＿??二ｕｈ穿⑷⑶??Ｌ１－ｓｔａｇｅ?Ｌ２－ｓｔａｇｅ?Ｌ３－ｓｔａｇｅ?Ｌ５－ｓｔａｇｅ??圖１－１玉米胚的發(fā)育過程及時(shí)期劃分（Ｂｏｍｍｅｒｔ?ａｎｄ?Ｗｅｒｒ，?２００１）??玉米胚發(fā)育時(shí)期可分為原胚期、轉(zhuǎn)化期、胚芽鞘期、葉原基形成期。??ａｃ：?ａｐｉｃａｌ?ｄａｕｇｈｔｅｒ?ｃｅｌｌｓ，頂端子細(xì)胞；ｂｅ：?ｂａｓａｌ?ｄａｕｇｈｔｅｒ?ｃｅｌｌ，基部子細(xì)胞；ｅｐ：?ｅｍｂｒｙｏ?ｐｒｏｐｅｒ，胚體；??ｓｕ：?ｓｕｓｐｅｎｓｏｒ

一響??圖１－３玉米胚乳早期發(fā)育細(xì)胞分裂示意圖（ＢｏｍｍｅｒｔａｎｄＷｅｒｒ，?２００１）??玉米胚乳發(fā)育始于位于珠孔端的初生胚乳核開始分裂，第一次分裂在中央大液泡（ｌａｒｇｅ?ｃｅｎｔｒａｌ??ｖａｃｕｏｌｅ，ｃｖ）下方進(jìn)行，形成一個(gè)扇形區(qū)域，并決定了兩個(gè)細(xì)胞的發(fā)育方向。隨后多輪細(xì)胞核分裂??而細(xì)胞質(zhì)不分裂，形成多個(gè)細(xì)胞核，細(xì)胞核遷移至細(xì)胞質(zhì)的外圍（如左下圖），形成多核體??（ｃｏｅｎｏｃｙｔｅ）。細(xì)胞化從相鄰細(xì)胞核之間垂周細(xì)胞壁（ａｎｔｉｃｌｉｎａｌ?ｃｅｌ］?ｗａｌｌｓ，?ａｗ）的形成開始，最終形??成類似管狀結(jié)構(gòu)的巢（ｔｕｂｅ－ｌｉｋｅ?ａｌｖｅｏｌｉ，?ａｌｖ）。有絲分裂后，成膜體（ｐｈｒａｇｍｏｂｌａｓｔ，ｐｂ）形成，形成??初始糊粉層（ａｌｅｕｒｏｎｅ－ｉｎｉｔｉａｌｓ，?ａｉ）和初始胚乳（ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ?ｉｎｉｔｉａｌｓ，?ｅｉ）〇??４??

?ｍ??ａｉｅｕｒｏｎｅ?ＥＳＲ?ＢＥＴＬ?ｓｅ?Ｃ２?ＢＩＺ?ｓｕｂａ丨ｅｕｒｏｎｅ??圖１－２胚乳發(fā)育的幾個(gè)時(shí)期和胚乳細(xì)胞的劃分（Ｌｅｒｏｕｘｅｔａｌ．，２０１４）??玉米胚乳發(fā)育一般可分為多核體的形成（ｃｏｅｎｏｃｙｔｉｃ）、細(xì)胞化（ｃｅｌｌｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）、分化??（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）和成熟（ｍａｔｕｒａｔｉｏｎ）四個(gè)時(shí)期。細(xì)胞化又可以分為液泡化（ａｌｖｅｏｌａｔｉｏｎ）和分區(qū)化??（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）兩個(gè)時(shí)期。ＢＥＴＬ：?ｂａｓａｌ?ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｌａｙｅｒ，基部胚乳轉(zhuǎn)移層；ＢＩＺ：?ｂａｓａｌ??ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ?ｚｏｎｅ，基部過渡區(qū)；ＣＺ：?ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ?ｚｏｎｅ，傳導(dǎo)區(qū)；ＥＳＲ：?ｅｍｂｒｙｏ?ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ?ｒｅｇｉｏｎ，胚??周圍區(qū)；ＳＥ：?ｓｔａｒｃｈｙ?ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ，淀粉胚乳；ａｉｅｕｒｏｎｅ：糊粉層；ｓｕｂａｌｅｕｒｏｎｅ：亞糊粉層。??／ｖｓ＼??一響??圖１－３玉米胚乳早期發(fā)育細(xì)胞分裂示意圖（ＢｏｍｍｅｒｔａｎｄＷｅｒｒ，?２００１）??玉米胚乳發(fā)育始于位于珠孔端的初生胚乳核開始分裂，第一次分裂在中央大液泡（ｌａｒｇｅ?ｃｅｎｔｒａｌ??ｖａｃｕｏｌｅ，ｃｖ）下方進(jìn)行，形成一個(gè)扇形區(qū)域，并決定了兩個(gè)細(xì)胞的發(fā)育方向。隨后多輪細(xì)胞核分裂??而細(xì)胞質(zhì)不分裂，形成多個(gè)細(xì)胞核，細(xì)胞核遷移至細(xì)胞質(zhì)的外圍（如左下圖），形成多核體??（ｃｏｅｎｏｃｙｔｅ）。細(xì)胞化從相鄰細(xì)胞核之間垂周細(xì)胞壁（ａｎｔｉｃｌｉｎａｌ?ｃｅｌ］?ｗａｌｌｓ
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