热诱导转录因子ZmNF-YC13调控热胁迫应答基因提高玉米耐热性

热胁迫是影响玉米生长发育和产量形成的重要因素,相关抗性基因的挖掘和机制解析是进行玉米耐热品种培育的重要分子基础,而目前这方面的研究仍是缺乏。本研究鉴定到一个与热胁迫应答相关的核因子ZmNF-YC13,该基因受高温和渗透胁迫快速诱导表达。用拟南芥热胁迫诱导表达基因AtHSP70的启动子驱动ZmNF-YC13基因,转化玉米筛选出了热诱导表达的转基因材料HSP21Pro:ZmNF-YC13-myc。高温处理后的表型鉴定表明,叶长、叶宽、地上部粗、地上部分和地下部分的鲜重和干重均显著高于野生型。表达分析表明, ZmNF-YC13能增强下游热胁迫应答基因响应热胁迫的程度。荧光素酶报告基因实验和ChIP-qPCR实验表明,ZmNF-YC13可调控热应激转录因子ZmHsfA2c的表达。这些结果初步证实了ZmNF-YC13可通过调控下游热胁迫应答基因来提高玉米的耐热能力,可为利用该位点的多态性进行分子标记辅助选择和种质资源鉴定提供理论依据。

玉米籽粒缺陷突变基因dek54的精细定位及候选基因分析

玉米籽粒与产量和营养品质密切相关,控制籽粒发育基因的功能研究对解析籽粒发育分子机制,提高玉米产量,改善籽粒营养品质提供重要依据。利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate,EMS)处理B73花粉,筛选到一个玉米籽粒缺陷突变体defective kernel 54 (dek54)。dek54表现出成熟籽粒变小、皱缩、颜色发白等特征;遗传分析表明dek54是一个单基因控制的隐性突变体。石蜡切片显示dek54淀粉胚乳细胞形状不规则且排列致密,扫描电镜观察成熟籽粒胚乳中心区域发现dek54淀粉粒周围蛋白体比野生型少且排列疏松。dek54成熟籽粒的总蛋白、醇溶蛋白、各氨基酸组分和全氮含量相比野生型都显著降低。利用F_2分离群体中的1566个dek54单株,把dek54定位在7号染色体标记SSR6和SSR7之间,物理位置约为290 kb。该区间有3个基因,基因测序发现Zm00001d019294基因第2个外显子上第351个碱基由G突变为A,从而导致蛋白翻译的提前终止。该基因在玉米籽粒中特异性表达,且在12DAP (days after pollination)籽粒中表达量最高。通过CRISPR/Cas9系统进行靶向突变确定候选基因Zm00001d019294导致该突变表型。Dek54编码一个与ZmNRT1.5 (nitrate transporter)具有较高同源性的 MFS (major facilitator superfamily)家族蛋白并定位在玉米原生质体的细胞质膜。该研究为揭示dek54在玉米籽粒发育的分子机制奠定了重要基础。