近日,安徽農業大學作物抗逆育種與減災國家地方聯合工程實驗室武健東、李曉玉團隊在國際知名植物學期刊《Plant Biotechnology Journal》在線發表了題為“ZmSSRP1, transactivated by OPAQUE11, positively regulates starch biosynthesis in maize endosperm”的研究論文,揭示了OPAQUE11-ZmSSRP1模塊調控玉米籽粒淀粉合成的分子機制,完善了玉米籽粒淀粉合成的遺傳調控網絡,為玉米產量和品質遺傳改良提供重要依據。
淀粉是生物體主要能量來源,也是重要的工業原料和食品添加劑,淀粉的合成對作物的產量和品質至關重要。淀粉合成酶、轉錄因子和一些非酶蛋白質在轉錄、轉錄后和翻譯后水平協同作用共同構建了淀粉合成的復雜調控網絡。目前,玉米中淀粉合成的研究主要集中于關鍵轉錄因子的轉錄調控,然而對非酶蛋白質以及它們調控玉米籽粒胚乳淀粉合成的分子機制仍然不清楚。
該研究鑒定到了一個定位于質體、玉米胚乳高表達、具有碳綁定結構域CBM48(carbohydrate-binding module 48)的非酶蛋白質ZmSSRP1。通過分析ZmSSRP1的Crispr/Cas9突變體和過表達材料發現,其突變體表現出直鏈淀粉和支鏈淀粉的合成顯著降低,淀粉顆粒和胚乳減小;相反,過表達ZmSSRP1會導致直鏈淀粉和支鏈淀粉的積累增加,淀粉顆粒和胚乳變大。通過轉錄組數據分析發現ZmSSRP1的缺失會導致直連淀粉和支鏈淀粉合成酶相關基因的表達顯著下調。進一步分析發現,玉米胚乳發育和營養代謝核心轉錄因子OPAQUE11(O11)能與ZmSSRP1啟動子結合,激活
ZmSSRP1的表達;O11突變體和過表達玉米籽粒淀粉性狀數據結果顯示O11正向調控玉米淀粉合成和胚乳發育;遺傳關系證據表明O11作用于ZmSSRP1的上游。此外,該研究還發現,與其水稻中同源蛋白FLO6不同,ZmSSRP1并不與淀粉合成關鍵酶如可溶性淀粉合成酶(ZmSS4)和淀粉脫分支酶(ZmISA1)相互作用,暗示ZmSSRP1在玉米中的功能分化,形成不同的籽粒胚乳淀粉合成分子機制。
安徽農業大學生命科學學院、作物抗逆育種與減災國家地方聯合工程實驗室已畢業博士研究生陳龍(已畢業)和安徽農業大學副教授吳承云為該論文共同第一作者,武健東教授、李曉玉教授和程備久教授為該論文共同通訊作者,安徽農業大學為唯一通訊單位。特別感謝江海洋教授在研究過程中提供的寶貴意見,同時感謝中國農業大學宋任濤教授和南京農業大學張文偉副教授對該研究的幫助。該研究獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金、安徽省自然科學基金和安徽農業大學高層次人才引進項目等項目資助。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.70191
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