玉米ZmC2-15耐热功能解析

作     者：黄钰杰 

作者单位：长江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宏伟

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：玉米 高温胁迫 耐热 C2基因家族 ROS 

摘      要：鉴定玉米ZmC2s基因家族成员,分析其遗传变异与玉米耐热性的关联性,为明确其在玉米耐热方面的功能和分子机制奠定基础。使用C2蛋白结构域PF00168,利用hmmsearch从玉米全基因组中搜索ZmC2s基因家族成员,分析其编码蛋白质等电点和分子量、系统进化和基因家族复制。使用候选基因关联分析的方法,对ZmC2s基因自然变异位点与玉米苗期耐热性进行关联分析,发现玉米ZmC2s基因家族重要的耐热候选基因。使用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)的方法,鉴定与玉米苗期耐热性最显著相关的ZmC2候选基因ZmC2-15在胁迫和激素处理下的基因相对表达水平,在玉米原生质体瞬时表达系统中鉴定ZmC2-15-GFP的亚细胞表达部位,以及获得过表达ZmC2-15的转基因拟南芥和zmc2-15突变体玉米并分析其耐热性。从玉米参考基因组B73中共鉴定出95个玉米ZmC2s基因,根据其物理坐标的先后顺序,将95个玉米ZmC2s基因命名为ZmC2-1～ZmC2-95。其蛋白长度为130～2141,等电点为4.1～10.8,分子量为14.1～230.1。通过构建玉米、水稻和高粱基因组C2基因的进化树,发现C2基因可以分为3个大的聚类分支,每个聚类分支又可以细分为2个小的聚类分支。分析玉米、水稻和玉米、高粱的全基因组共线性数据,发现了59个ZmC2s基因在水稻和高粱基因组均有一一对应的复制基因。ZmC2s基因家族关联分析表明ZmC2-15/60/91是重要的玉米耐热候选基因(P≦0.001,MLM),其中ZmC2-15与玉米苗期耐热性最显著相关(P≦0.00001,MLM),且该基因的表达量在多种逆境胁迫处理下上调表达。亚细胞定位分析表明ZmC2-15表达定位于细胞质、核膜和内质网。过表达ZmC2-15的转基因拟南芥降低ROS含量,强化光系统恢复功能,提高植物耐热性。mu转座子插入的zmc2-15突变体玉米,提高在高温胁迫下ROS的含量,弱化光系统恢复功能,降低了植物耐热性,反向证明ZmC2-15是提高植物耐热性的关键基因。ZmC2-15可作为调控玉米耐热性的重要候选基因。