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    花粉特异胞质类受体蛋白激酶ZmSTK1与ZmSTK2调控玉米花粉发育的机理研究

    【来源:本网站     日期:2020/04/10    浏览量:  】【打印本页】 【关闭

    林凤教授,课题组主要从事玉米花粉发育调控机理研究、玉米种质资源创新与利用及玉米遗传育种等研究。

    随着玉米基因组测序的完成,对玉米功能基因组的研究成为当前的主要任务,尤其是对产量和品质有影响的功能基因研究更成为重中之重。产量和品质是玉米生产中重要的性状,但是由于产量和品质低遗传力和复杂生物学基础使其在遗传改良的具体操作上面临巨大的困难。通过玉米插入突变体库能很快找到控制产量和品质性状的基因效应,这对于指导玉米遗传改良具有重大意义。转座子标签法是目前进行玉米基因组插入突变研究最主要的方法。

    从玉米转座子插入突变体库中分别鉴定到ZmSTK1和ZmSTK2基因突变体。生物信息学分析结果显示,在不同物种间,ZmSTK1和ZmSTK2亲缘关系达到76%,在进化上处在同一分支,都属于胞质类受体蛋白激酶RLCKIX-b家族成员。

    蛋白亚细胞定位结果显示,ZmSTK1和ZmSTK2蛋白定位在花粉细胞质和萌发的花粉管中。该结果进一步证明,ZmSTK1和ZmSTK2为胞质类受体蛋白激酶,与生物信息学预测结果一致。

    Fig3

    课题组还分离了野生型成熟花粉的粗蛋白提取物,并进行免疫共沉淀(Co-IP)。通过质谱分析鉴定和酵母双杂交验证,最终发现 ZmSTK1和ZmSTK2通过激酶域分别与糖酵解途径中的烯醇化酶1和烯醇化酶2相互作用。

    Fig4

    烯醇化酶是糖酵解途径中催化甘油酸-2-磷酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的关键酶。烯醇化酶活力的改变影响磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸的积累。由于zmstk1与zmstk2单突变体中ZmSTK1和ZmSTK2功能的缺失,使得烯醇化酶活力及磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和淀粉的含量均显著降低,而zmstk1/zmstk2双突变体中下降的水平更加显著。

    Fig7

    这些研究结果显示,ZmSTK1和ZmSTK2与烯醇化酶互作调控玉米花粉发育,可以为利用基因工程手段改良作物花粉育性提供理论支撑。该项研究获得国家自然科学基金资助,研究成果发表在Plant Biotechnology Journal和International Journal of Molecular Sciences等期刊,累计影响因子为13.89。