玉米伪应答调节基因ZmPRR73的克隆与表达分析

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玉米起源于热带地区,是全球重要的粮食作物及经济作物。受光周期的影响,玉米从热带地区引种至温带地区将导致玉米营养生长阶段时期延长,甚至不能进行生殖生长。有研究证明,伪应答调节蛋白PRRs在植物光周期途径中发挥重要作用,PRRs能够接收上游基因的信号,通过与其它昼夜节律钟基因相互作用生成节律信号并进而传递至下游开花调控基因,完成其对植物开花途径的调控。  因此,克隆玉米伪应答调节蛋白PRRs基因,对其表达规律进行研究及功能鉴定,探究玉米光周期调控开花的分子机制和玉米引种驯化等具有重要的理论意义及应用价值。前期精细定位的研究结果确定了ZmPRR73为光周期敏感性主效QTL qDPS9的候选基因,在此基础上,本研究克隆了ZmPRR73基因,并对该基因在不同组织、不同发育时期的表达特点及昼夜节律表达进行了研究。主要结果如下:  (1)克隆获得ZmPRR73基因的DNA序列和cDNA序列。对ZmPRR73的序列进行一系列生物信息学分析,结果显示,热带光周期敏感自交系CML288中ZmPRR73的基因组序列全长为6485 bp,cDNA长度是2511 bp,编码766个氨基酸,预测其蛋白分子量为 83.76 kD ,理论等电点 6.12 ,分子式为C3525H5612N1104O1201S34,蛋白质二级结构分析显示,ZmPRR73蛋白质二级结构中含有23.76%的a-螺旋(alpha helix)、66.45%的无规则卷曲(random coil)和9.79%的延伸链(extended strand)。温带光周期钝感自交系黄早4中ZmPRR73的基因组序列全长为6496 bp,cDNA长度是2511 bp,编码766个氨基酸,预测其蛋白分子量为83.73 kD,理论等电点6.12,分子式为C3524H5610N1104O1200S34。蛋白质二级结构分析显示,ZmPRR73蛋白质二级结构中含有24.67%的a-螺旋、66.45%的无规则卷曲和8.88%的延伸链。预测ZmPRR73蛋白属于不稳定性亲水蛋白,不含有信号肽及跨膜结构域,属于非分泌蛋白。保守结构域分析表明,ZmPRR73蛋白在进化过程中高度保守,两个自交系材料的ZmPRR73蛋白均含有两个保守结构域,分别是N端的REC结构域和C端的CCT结构域。系统进化树分析表明,ZmPRR73与高粱中的PRR亲缘关系最近,其次是小米、水稻和乌拉尔图小麦,与拟南芥、辣椒的亲缘关系最远。  (2)不同组织的特异表达结果显示,ZmPRR73基因在叶片中的表达量显著高于其他组织,根中的表达量最少。  (3)不同发育时期的表达结果显示,长日照条件下ZmPRR73基因的表达呈现逐渐上升的趋势,而短日照条件下ZmPRR73基因的表达整体趋于一致。  (4)昼夜节律表达分析发现,ZmPRR73基因以24 h为一个循环进行节律表达。不同日照处理下的ZmPRR73基因表达结果显示,无论是光周期敏感自交系CML288还是光周期钝感自交系黄早4,ZmPRR73基因在短日照条件下的表达均比长日照条件下提前3 h,并且达到峰值后迅速下降。不同光周期敏感自交系表达分析中,无论长、短日照条件下,ZmPRR73基因的表达情况均表现为:光周期敏感自交系CML288的表达量较光周期钝感自交系黄早4延迟3 h ,但是,光周期敏感自交系CML288的表达峰值较高。
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