2个玉米ZmCOP1基因的克隆及其转录丰度对不同光质处理的响应

CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1 (COP1)作为一种E3泛素连接酶,能够介导拟南芥光信号转导中HY5、LAF1、HFR1和CO等正调控因子的泛素化降解,从而调控幼苗光形态建成、花青素合成和开花等生物学过程。为了探索玉米COP1基因的功能,本文以玉米自交系B73为研究材料,利用反转录PCR(RT-PCR)方法克隆了2个ZmCOP1基因,分别命名为ZmCOP1a和ZmCOP1b。通过生物信息学相关软件和网站对ZmCOP1进行理化性质分析、结构域预测和系统发育树分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术进一步分析2个ZmCOP1基因在不同组织中的转录丰度,以及其在幼苗期对不同光质和光周期处理的响应。研究发现, ZmCOP1a和ZmCOP1b的开放阅读框(ORF)分别包含2082个和2061个核苷酸,编码693个和686个氨基酸。玉米、水稻、高粱、谷子和拟南芥的COP1蛋白具有相同的结构域和较高的氨基酸序列一致性,暗示它们可能具有相似的功能。2个ZmCOP1基因主要在玉米地上组织中表达,均能迅速响应不同光质处理,且ZmCOP1a的转录丰度普遍高于ZmCOP1b,表明ZmCOP1a可能在不同光质处理下具有更重要的作用。在长日照和短日照条件下,ZmCOP1a和ZmCOP1b在黑暗阶段的转录丰度整体高于光照阶段,有趣的是,二者在光照阶段的表达模式相似,但是在黑暗阶段, ZmCOP1b的转录丰度高于ZmCOP1a。这说明在不同光周期条件下,ZmCOP1b可能比ZmCOP1a更重要。综上这些研究结果表明,ZmCOP1a和ZmCOP1b具有功能冗余和分化。二者可以参与不同光信号通路,可能在玉米光形态建成和花期调控中发挥重要作用。本研究为进一步探明ZmCOP1a和ZmCOP1b基因的功能及其在玉米育种中的应用提供了研究基础。