本文關(guān)鍵詞：玉米o(hù)paque10突變體基因的圖位克隆和功能分析

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【摘要】：玉米是世界第一大糧食作物,玉米籽粒中的儲藏蛋白是人和動(dòng)物營養(yǎng)的主要來源。其中醇溶蛋白是玉米籽粒中含量最多的儲藏蛋白,它直接關(guān)系到玉米籽粒的硬度和營養(yǎng)品質(zhì),關(guān)于醇溶蛋白儲藏機(jī)制的研究對改良玉米品質(zhì)有重大的意義。之前的研究發(fā)現(xiàn)玉米中有一類粉質(zhì)胚乳突變體與醇溶蛋白的儲藏相關(guān)并能顯著提高一種必需氨基酸-賴氨酸的含量,因此對這種類型的突變體的研究對我們解析醇溶蛋白的儲藏機(jī)制及提高玉米營養(yǎng)品質(zhì)具有重要的指導(dǎo)意義。opaque10(o10)是一個(gè)經(jīng)典的玉米粉質(zhì)胚乳突變體。生化分析發(fā)現(xiàn)與正常的野生型籽粒相比,o10籽粒中一些重要的生化成分包括蛋白、淀粉和油脂的含量并沒有明顯的變化。細(xì)胞學(xué)分析發(fā)現(xiàn),淀粉粒的發(fā)育也沒有受到影響,但是蛋白體的形態(tài)發(fā)生了變化,形成了畸形的蛋白體。通過圖位克隆的方法,我們克隆到了O10候選基因,并且通過轉(zhuǎn)基因的方法確認(rèn)了該突變體確實(shí)是由O10候選基因突變造成的。O10編碼一種禾本科植物中特有的新型蛋白,并且在禾本科植物中快速進(jìn)化。O10主要在玉米籽粒中表達(dá),并且其編碼的蛋白是一種積累型的蛋白。對O10蛋白的結(jié)構(gòu)和功能分析發(fā)現(xiàn),該蛋白主要有三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域:O10蛋白的中間區(qū)段是由七個(gè)重復(fù)序列構(gòu)成的(從第269個(gè)氨基酸到第787個(gè)氨基酸),它主要負(fù)責(zé)O10蛋白的二聚化。O10蛋白的C端有一個(gè)預(yù)測的跨膜結(jié)構(gòu)域(從第1002個(gè)氨基酸到1024個(gè)氨基酸),它能使O10蛋白錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上,這是O10蛋白最終積累在蛋白體內(nèi)的必要條件。O10蛋白的N端(從第1個(gè)氨基酸到第268個(gè)氨基酸)能跟19-kD,22-kDα-zeins以及16-kD,50-kDγ-zeins相互作用。免疫定位分析發(fā)現(xiàn)O10蛋白與16-kDγ-zein和22-kDα-zein共定位,在蛋白體內(nèi)部組成一個(gè)環(huán)狀的結(jié)構(gòu)存在于富含α-zeins的中心區(qū)域和富含γ-zeins的外圍區(qū)域之間。在o10中,移碼突變造成其編碼的o10蛋白缺失了C末端的跨膜結(jié)構(gòu)域,這使o10蛋白失去了錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的能力,從而不能最終積累到蛋白體中,最終隨著籽粒的成熟被降解。蛋白體中O10蛋白的缺失影響了其與16-kDγ-zein和22-kDα-zein所組成的特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成,16-kDγ-zein和22-kDα-zein各自均勻分布富含γ-zeins的蛋白體的外圍區(qū)域和富含α-zeins的蛋白體的中心區(qū)域。此時(shí),蛋白體變得畸形。這說明蛋白體內(nèi)由O10蛋白,16-kDγ-zein和22-kDα-zein所組成的環(huán)形的結(jié)構(gòu)對維持蛋白體的形態(tài)起著重要的作用。我們還初步研究了O10在水稻和高粱中的同源蛋白的功能。結(jié)果顯示:在水稻和高粱中的同源蛋白基因都主要在籽粒中表達(dá),在煙草葉片細(xì)胞中的亞細(xì)胞定位與O10是相同的,水稻中的同源蛋白能與其13b類的醇溶蛋白互作,高粱中的同源蛋白能與其α類和γ類醇溶蛋白互作。本研究通過對O10蛋白功能的研究,揭示了它在醇溶蛋白的積累和裝配過程中所發(fā)揮的重要的作用。同時(shí)也新發(fā)現(xiàn)了一個(gè)在蛋白體內(nèi)部由O10蛋白,16-kDγ-zein和22-kDα-zein所組成的新的環(huán)狀結(jié)構(gòu),這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)對蛋白體維持圓形的形態(tài)有重要的作用。該研究拓展了我們對蛋白體結(jié)構(gòu)和功能的理解,同時(shí)O10蛋白的發(fā)現(xiàn)為我們研究新基因的起源及蛋白體的進(jìn)化提供了很好的研究對象。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S513;Q943.2

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本文編號：1261077