玉米隐花色素CRY1b和CRY2基因转录丰度对不同光质处理的响应

玉米株高、开花期、产量、品质等性状与环境中的光密切相关。隐花色素是一类蓝光和近紫外光的受体,主要参与植物的光形态建成及动、植物的生物钟调控。通过研究玉米隐花色素基因对不同光处理的表达模式,可为进一步研究其对玉米光形态建成的作用奠定基础。本研究采用RT-PCR技术克隆了玉米Zm CRY1b和Zm CRY2基因;利用生物信息学相关网站和软件对其编码蛋白的结构域及氨基酸进行了系统发育分析;利用q RT-PCR分析了玉米自交系B73中Zm CRY1b和Zm CRY2基因在不同组织、以及响应不同光质及长日照和短日照处理的转录丰度。研究发现,玉米与拟南芥、水稻和小麦的CRY蛋白有相同的结构域及较高的氨基酸序列的一致性,表明它们具有相似的功能。Zm CRY1b和Zm CRY2基因主要在玉米的叶片中表达;二者能迅速响应各种持续光质、黑暗到不同光质转换及长日照和短日照处理,且Zm CRY1b在各种处理下的转录丰度均高于Zm CRY2,可能暗示Zm CRY1b在玉米中功能更强。以上研究结果表明,Zm CRY1b和Zm CRY2基因均能有效地响应各种光质和光周期处理,并在玉米的光形态建成中发挥重要作用。本研究为进一步探明Zm CRY1b和Zm CRY2基因的功能及其在玉米品种改良中的应用提供了研究基础。

2个玉米光敏色素C基因的克隆及功能验证

为了研究玉米与拟南芥光敏色素C(Phytochrome C,PHYC)功能的异同,以及2个玉米PHYC基因在光形态建成和避荫性反应中的作用,克隆了玉米2个PHYC基因,用生物信息学方法分析玉米PHYC蛋白结构域,与常见物种PHYC蛋白进行系统进化分析,并利用转基因技术在拟南芥中验证玉米PHYC基因的功能。结果表明,从玉米B73自交系中克隆了ZmPHYC 1和ZmPHYC2基因。它们的编码区长度为3405 bp,编码具有1135个氨基酸残基、分子质量为126.14 ku和126.07 ku的蛋白质。ZmPHYC1和ZmPHYC2蛋白结构域与拟南芥和水稻的PHYC蛋白相似,包含1个PAS_2结构域、1个GAF结构域、1个PHY结构域、2个PAS重复结构域、1个组氨酸激酶A结构域和1个类组氨酸激酶ATP酶结构域。氨基酸序列同源性分析发现,二者与高粱PHYC同源性最高。在拟南芥中过量表达ZmPHYC 1和ZmPHYC2可以互补红光下拟南芥phyC-2突变体的长下胚轴表型,并且在持续红光和蓝光条件下均能促进幼苗的去黄化反应,在避荫条件下抑制下胚轴的伸长生长。在促进幼苗的去黄化反应和抑制避荫反应方面,ZmPHYC1的作用优于ZmP HYC2。