本文關鍵詞：玉米籽粒發(fā)育基因UBL1的克隆與功能分析

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【摘要】：玉米作為一種重要的糧食和飼料作物,在世界農業(yè)生產中扮演著越來越重要的角色。從基因層面上研究玉米籽粒發(fā)育,不僅有助于我們認識其發(fā)育的分子機制,而且還可以為玉米的分子改良提供可能的方法和途徑。前人的研究表明,大約有300個基因位點控制著可見的玉米籽粒表型。得益于玉米突變體庫的構建以及克隆方法的發(fā)展,目前越來越多的科學家正加入到這一研究領域。本研究利用Mutator活性系與B73雜交,在F2代群體中鑒定了一個籽粒大小呈現(xiàn)3：1分離的ubll突變體。表型分析發(fā)現(xiàn),突變體的幼苗以及籽粒的發(fā)育都存在缺陷。進一步組織學和細胞學的分析表明,該突變體籽�；颗呷檗D移層細胞存在發(fā)育上的缺陷。利用轉座子標簽法,獲得了該突變體的候選基因UBL1 (U6 biogenesis like 1)。通過篩選本實驗室的玉米籽粒突變體庫,獲得了ubll的一個等位突變體,ubll-2.利用Mu活性系與ubl1/UBLl雜合體植株雜交,獲得了另外兩個等位突變體,ubl1-3和ubl1-4.此外,將UBL1基因的編碼區(qū)轉入到玉米Hill中,獲得9個獨立的轉基因株系。將這些轉基因位點導入到突變體的背景中,成功地互補了突變體的表型。以上結果表明,我們成功克隆了控制玉米籽粒發(fā)育的UBL1基因。對UBLl的表達模式分析表明,該基因在玉米的各個器官和組織中都有表達。隨著發(fā)育的進行,表達量逐漸降低。為了研究UBL1的功能,利用其蛋白序列進行PSI-BLAST,發(fā)現(xiàn)了兩個在酵母和人類上已經報道的屬于2H磷酸二酯酶超家族的基因USB1和hUSBl,蛋白序列比對以及三級結構模擬表明,UBL1也是屬于該家族的基因。將玉米的UBL1在擬南芥同源基因的突變體Atubll中過表達并成功互補了其生長發(fā)育缺陷的表型,表明了該基因在擬南芥和玉米中功能的保守性。進一步的研究表明,UBL1編碼一個RNA外切酶。該酶具有兩個保守的H-X-T/S-X (X代表疏水氨基酸)結構域,能夠對真核生物內含子剪切復合體上的重要組分U6 snRNA的3’端進行修飾。UBL1功能喪失后會導致細胞內U6 snRNA含量降低,并產生含有異常3’末端的U6分子。進一步對RNA-seq數據的分析表明,在U6缺陷的ubll突變體中,存在大量的pre-mRNA切割缺陷,分布于969個基因中的1154個內含子表現(xiàn)出了明顯的內含子滯留特征。利用RT-PCR,檢測了38個可能的滯留事件,其中33個得到了實驗證實。以上實驗結果表明,UBLl基因通過影響pre-mRNA中的內含子的剪切進而影響了玉米籽粒和植株的發(fā)育。這一發(fā)現(xiàn)豐富了玉米籽粒發(fā)育調控的分子機理研究,同時也增進了我們對內含子剪切的認識。
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S513;Q943.2

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