调控玉米叶夹角发育的基因ZmIBH1互作路径的研究

作     者：柳华峰 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈彦惠

授予年度：2019年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：玉米叶夹角 IBH1 酵母双杂交 BiFC Pull-down 互作路径 

摘      要：玉米(Zea mays L)是我国重要的粮食作物。提高玉米综合产量,是确保我国粮食安全,稳定促进畜牧、化工、能源等产业发展的重要保证。适当增加种植密度,是实现玉米增产的一个重要途径。叶夹角是影响玉米耐密性的重要农艺性状,合理的叶夹角,不仅可以增加种植密度,而且可以提高群体光合效率和通风性,改善生长环境。因此,研究玉米叶夹角形成调控的分子机制具有重要的理论和应用价值。本课题前期利用紧凑型玉米自交系Yu82与松散型自交系Yu87-1为材料构建的遗传作图群体,通过初步定位和精细定位,确定了一个位于第2号染色体上的控制叶夹角的候选基因GRMZM2G388823。基因蛋白保守结构域和遗传进化分析表明,GRMZM2G388823与水稻Os IBH1基因同源,故命名为ZmIBH1。前期通过酵母文库筛选和生物信息学分析,确定了GRMZM2G017351(ZmMAPK)、GRMZM2G083459(ZmPP2A)等5个与叶夹角发育相关的基因,并利用酵母双杂交和双分子荧光互补(Bi FC)技术,验证了ZmIBH1—ZmMAPK—ZmEER4是ZmIBH1调控玉米叶夹角发育的互作路径之一。在前期研究的基础上,本研究利用酵母双杂、Bi FC、Pull-down等技术验证了ZmIBH1与ZmPP2A之间的互作关系,并对ZmPP2A、ZmEER4进行了互作蛋白的筛选、分析及验证。主要研究结果如下:***2G083459(ZmPP2A)是ZmIBH1筛选到的蛋白之一,生物信息学分析表明,ZmPP2A可编码一种丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶2A的调节亚基B,磷酸酶PP2A在油菜素类固醇信号转导和BZR1去磷酸化中发挥积极作用,油菜素类固醇调控植物叶夹角的大小。因此,ZmPP2A可能参与调控玉米叶夹角的发育。酵母双杂交、Bi FC、Pull-down技术进一步证明ZmPP2A与ZmIBH1之间确实存在相互作用。2.利用酵母双杂交技术,以ZmPP2A、ZmEER4为诱饵,从豫82酵母文库中筛选出与ZmPP2A、ZmEER4互作的阳性克隆分别有94个、121个,其中具有正确阅读框的ORF分别有18个、16个。基因信息联合分析发现,ZmPP2A、ZmEER4筛库结果中存在一个相同的基因GRMZM2G386113(ZmMYM)。蛋白结构域分析表明,ZmMYM编码一种含有RING/U-box结构的保守功能域。生物信息学分析表明,ZmMYM可能是一种泛素链聚集因子,能够在泛素系统中引导泛素特异性识别底物蛋白。泛素系统参与细胞周期、细胞增殖、信号传导等生物进程,因此ZmMYM基因可能与叶枕细胞增殖有关,进而影响叶夹角的大小。酵母双杂交回转验证实验进一步证明ZmMYM与ZmPP2A、ZmEER4确实存在互作关系。综合上述研究结果,验证了一条ZmIBH1调控玉米叶夹角发育的蛋白互作路径,即ZmIBH1-ZmPP2A-ZmMYM-ZmEER4。结合前期研究结果,形成了一条以ZmIBH1为中心的蛋白互作调控网络。这一研究结果为揭示叶夹角关键基因ZmIBH1在玉米叶夹角发育形成过程中的分子机理提供依据。