玉米内复制相关基因ZmMCM的克隆及功能鉴定

作     者：李欢欢 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭东伟

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：玉米 内复制 ZmMCM2 功能分析 酵母双杂交 

摘      要：玉米是全球主要的粮食作物之一,其增产对各国具有重要意义。玉米胚乳占籽粒重量的80%,其生长发育决定了玉米产量的高低。已有研究表明,内复制与成熟期胚乳的快速膨胀有关。谷物胚乳在组织发育过程中存在一种称之为“内复制的细胞分裂方式,借助内复制,籽粒快速完成了营养物质的积累和形态建成,其发生周期几乎和籽粒的快速膨大完全同步。此外,一些研究还证实,内复制在胚胎的早期发育、细胞分化以及应对非生物胁迫方面都有重要作用。因此,研究内复制的功能及调控机理,不仅有助于丰富人们对细胞周期调控的认知,也能够为通过调节内复制的发生方式来培育高产玉米新品种提供理论依据。本研究在前期关联分析的基础上,挖掘到一个调控细胞周期复制起始复合体组装的ZmMCM基因,对其基因家族进行生物信息学基础分析,并克隆了其中ZmMCM2基因进行转基因功能验证以及分子互作分析,取得的主要研究结果如下:1、ZmMCM基因家族生物信息学分析:通过数据库检索、比对、筛选,共发现17个MCM家族成员,依次命名为ZmMCM1-ZmMCM17,均定位于细胞核,蛋白分子量差异较大;家族成员间存在序列相似性和高度保守性;部分基因间存在串联重复序列和复制片段;系统进化分析显示玉米ZmMCM基因分布于I、II、III、IV、Ⅴ、Ⅵ等6个亚组,不仅参与激素调节、胁迫调节、生长调节,还参与多种调控和代谢途径。2、非生物胁迫条件下ZmMCM基因特异性表达分析:运用q RT-PCR技术分析ZmMCM基因的表达特异性,结果表明,ZmMCM基因能响应ABA、干旱、高盐、低温、高温等非生物胁迫,ZmMCM基因可能参与了多个信号的传导。3、ZmMCM2基因过表达分析:利用花序蘸花法,将35S:ZmMCM2转入野生拟南芥植株,转基因拟南芥出现植株矮小、莲座叶减少以及种子体积变小等表型。核DNA倍性分析及内复制程度分析显示,ZmMCM2基因抑制拟南芥内复制程度,对拟南芥生长发育产生影响,进而导致表型发生变化。4、ZmMCM2基因表达机制分析:亚细胞定位显示ZmMCM2基因表达于细胞核内;另外,通过酵母文库筛选出了与MCM2互作的细胞分裂周期蛋白CDC73,通过回转验证,发现MCM2和CDC73之间存在着互作关系,说明MCM2可能通过与CDC73相互作用调控细胞周期相关蛋白的活性,进而调控内复制与有丝分裂之间的转换。