玉米小籽粒突变体mn-Mu的基因克隆与转录组分析 作物学报    2023, 49 (11): 3122-3130.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.23076

图3 玉米mn-Mu突变体籽粒的储藏物质分析
A: 野生型和mn-Mu籽粒的总淀粉含量测定; B: 野生型和mn-Mu成熟籽粒醇溶蛋白含量对比; C: 野生型和mn-Mu成熟籽粒非醇溶蛋白含量对比。M: 蛋白分子量标记; WT: 野生型; Re1/Re2/Re3代表3个生物学重复。

正文中引用本图/表的段落

由于成熟的mn-Mu突变籽粒皱缩且相比野生型籽粒较小, 我们对其主要储藏物质淀粉和蛋白质的含量进行了分析。结果表明mn-Mu突变籽粒胚乳淀粉含量相比野生型略低, 但是差异不显著(图3-A)。玉米籽粒中储藏蛋白分为醇溶蛋白(zein)和非醇溶蛋白(non-zein protein), 醇溶蛋白占总蛋白的60%以上[26]。mn-Mu突变籽粒中醇溶蛋白含量明显高于野生型, 其中19 kD和22 kD α-zein含量显著提升, 16 kD和27 kD γ-zein、15 kD β-zein及10 kD δ-zein含量也有一定程度的升高, 而非醇溶蛋白含量相比野生型籽粒差异不明显(图3-B, C)。以上结果表明mn-Mu突变影响籽粒中储藏物质的积累。

催化蔗糖水解是细胞壁转化酶的主要生化功能, 代谢释放的己糖既是母体组织供给子代细胞发育的能量物质, 又是重要的信号分子, 协同调控胚乳和胚的发育[31-32]。发育中的mn1突变籽粒基部胚乳中葡萄糖、果糖等己糖含量相比野生型显著降低, 但蔗糖含量增加[19,22-23]。Mn1功能缺失影响籽粒中淀粉的积累[22], 本研究中mn-Mu突变体成熟籽粒中淀粉含量相比野生型也有轻微的降低, 然而醇溶蛋白积累相比野生型却明显增加(图3)。蛋白组分析表明mn1突变体籽粒中碳水化合物代谢相关蛋白普遍表现出较低的积累或糖基化水平[29,33], 本研究通过转录组分析也发现差异表达基因富集于储藏物质代谢途径和糖基转移等过程(图6-C), 这些结果均表明Mn1在籽粒储藏物质积累过程中的重要作用。此外, Mn1功能缺失影响发育籽粒中激素稳态, mn1突变体籽粒中生长素与细胞分裂素含量均比野生型降低, 细胞分裂活性也有降低, 相应地胚乳细胞数目与细胞体积也都下降[17-18], 本研究中转录组分析也表明mn-Mu突变体中DNA复制及细胞周期调控过程受到较大影响(图6-C)。已有研究证实葡萄糖作为信号分子正调控细胞分裂过程[32,34], 因此, 推测Mn1水解产生的己糖在调控籽粒细胞发育过程中发挥重要功能。

本文的其它图/表

• 表1 基因定位及克隆引物序列
  
• 图1 玉米mn-Mu籽粒的表型特征
  A: F₁自交成熟果穗; B: 野生型(上排)和mn-Mu (下排)粒长对比; C: 野生型(上排)和mn-Mu (下排)粒宽对比; D: 单粒野生型(左)和突变体(右)籽粒对比; E: 野生型(左)和mn-Mu (右)籽粒纵切; F: 野生型和mn-Mu籽粒百粒重统计。**表示Student’s t检验在0.01概率水平差异显著, 图中标尺为1 cm。
  
• 表2 F₂成熟果穗正常和突变籽粒分离比
  
• 图2 玉米mn-Mu突变体籽粒的组织学观察
  A: 野生型籽粒, 标尺为1 mm; B: mn-Mu突变体籽粒, 标尺为1 mm; C: 野生型籽粒胚, 标尺为1 mm; D: mn-Mu突变体籽粒胚, 标尺为500 μm; E: 野生型籽粒BETL观察, 标尺为200 μm; F: mn-Mu突变体籽粒BETL观察, 标尺为200 μm。样品为授粉后18 d发育中籽粒。
  
• 图4 玉米mn-Mu的基因定位与克隆
  A: 玉米mn-Mu的图位克隆。n: 定位所用的群体数目, 与InDel标记相对应的数值为交换籽粒数目; B: Mn1基因结构示意图。三角符号代表mn-Mu中转座子插入位置; C: Mn1基因DNA全长扩增。M: DNA分子量标记; WT: 野生型; Z58: 自交系郑58对照。
  
• 图5 mn-Mu突变体与mn1突变体等位测试
  A: mn-Mu/+ × mn1/+杂交果穗表型, 标尺为1 cm; B: mn1/+ × mn-Mu/+杂交果穗表型, 标尺为1 cm。
  
• 图6 玉米mn-Mu突变体转录组测序分析
  A: RNA-seq检测mn-Mu差异表达基因; B: 差异表达基因KEGG富集分析; C: 差异表达基因GO富集分析。