细胞周期转换蛋白APC/CZmCCS52B调节玉米生物量的研究

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玉米是我国农业生产中重要的粮食作物,其生物量如何直接关系到我国的粮食安全以及经济发展状况。玉米不仅籽粒可以被食用和饲用而且植株本身也可以作青储饲料。所以理想新株型的培育及生物量的提高对玉米经济价值的提升具有极其重要的意义,也一直是人们关注的重要科学问题。为了阐明玉米生物量的分子调控机理,我们从玉米自交系B73的EMS诱变突变体库进行了矮化突变体的筛选,筛选到的其中一个突变体具有矮化,茎秆变细,雌穗变小等器官整体变小的表型。通过EcMutMp的方法,我们定位到了该突变位点,证明该突变体是由于APC/C细胞周期后期促进复合体的一组分编码基因ZmCCS52B发生突变引起的。我们从突变体库中共获得了 5个该基因的等位突变,分别将其命名为zmccs52b-1-zmccs52b-5。本研究进行的表型分析主要是利用zmccs52b-1(强突变体)和zmccs52b-4(弱突变体)开展的。详细的表型分析发现,zmccs52b突变体矮化的表型是由于茎节变短引起的,并且每一茎节是均匀变短的;通过对叶片下表皮细胞的大小观察发现,zmccs52b突变体叶片变窄的表型是由于该突变体单位面积内细胞数目减少;通过对授粉不同天数后的籽粒进行切片分析发现,zmccs52b突变体的籽粒发育出现明显的缺陷表型,主要是胚乳明显变小。在授粉12天的胚乳中进行细胞大小分析发现,zmccs52b突变体单位面积内细胞数目减少,流式细胞术分析结果表明该突变体内复制增加,影响了正常细胞完成细胞分裂,从而导致完成由G2期向M期转换的细胞数目减少,表现为整体细胞数目减少,植株的生物量减少。ZmCCS52B是人和动物Cdh1的同源蛋白,是细胞周期中APC/C复合体的激活因子,参与到APC/C特异性的识别底物的过程之中。为了解析ZmCCS52B调控玉米植株高度等生物量变化的分子机理,我们通过酵母双杂交筛选了与ZmCCS52B强互作的蛋白,发现ZmCCS52B与ZmWEE1具有很强的细胞内互作。ZmWEE1作为一种蛋白激酶,可以抑制CDK1激酶的活性从而抑制细胞进入有丝分裂。ZmWEE1含有APC/C复合体特异性识别底物的KEN box,我们将KEN box中的碱基突变之后,发现ZmWEE1不能与ZmCCS52B互作;同时我们分析发现zmccs52b突变体中ZmWEE1蛋白含量明显增加,以及用MG132处理后ZmWEE1的含量上升。这些结果说明ZmCCS52B很可能通过特异性识别并通过26S蛋白酶体降解底物ZmWEE1来参与细胞周期的调控,并最终影响玉米生物量的积累。阐明ZmCCS52B与ZmWEE1的生化关系,探讨其参与植物细胞周期调控的机理,将有助于我们进一步解析ZmCCS52B参与玉米生物量积累的分子机制,为通过调节细胞周期提高玉米生物量提供理论基础和材料支持。
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