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中国农业科学 | 河南农业大学农学院董永彬课题组揭示玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育

已有 749 次阅读 2024-10-16 15:51 |个人分类:论文|系统分类:论文交流

中国农业科学 | 河南农业大学农学院董永彬课题组揭示玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育

玉米是重要的粮食、饲料和工业原料兼用的多元作物,在我国农业生产和国民经济发展中占有十分重要的地位。我国耕地资源非常有限,为了保障我国粮食安全,提高单产水平是落实新一轮千亿斤粮食产能提升行动的重要途径。籽粒大小是影响玉米单产水平的重要因素,挖掘影响玉米籽粒发育的关键基因及其优异等位基因,对提高玉米产量具有重要意义。

近期,河南农业大学农学院董永彬课题组完成的题为“玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育的研究在《中国农业科学》2024年第57卷18期正式发表。

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利用生物信息学和RT-qPCR分析ZmEIL9在玉米籽粒发育中的表达特征,对ZmEIL9及其同源基因进行多序列比对,利用邻接法构建其系统进化树,分析ZmEIL9编码蛋白序列特征,对目的蛋白进行亚细胞定位。筛选ZmEIL9的玉米Mu转座子插入突变体和CRISPR/Cas9编辑突变体,鉴定突变体和对照的农艺性状表型,分析籽粒灌浆速率,测量淀粉粒、蛋白含量等籽粒储藏物质。

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玉米EIN3/EIL家族与其他物种同源基因系统进化树

根据玉米中EIN3/EIL家族成员,系统进化树分析显示,ZmEIL9编码蛋白与ZmEIL1、SbEIL1亲缘关系较近。玉米自交系B73籽粒转录组数据库中,ZmEIL9在籽粒发育早期和晚期表达量较高,但在自交系N04籽粒发育中期和晚期表达量较高。

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玉米不同发育时期籽粒中EIN3/EIL基因家族表达特征

在自交系丹232和N04中ZmEIL9编码644个氨基酸,自交系B73中编码642个氨基酸。

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ZmEIL9克隆及其编码氨基酸序列

亚细胞定位表明,ZmEIL9编码蛋白定位于细胞核中。

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玉米原生质体ZmEIL9亚细胞定位

获得不同Mu转座子插入位点的ZmEIL9突变体,以及发生氨基酸移码突变的CRISPR/Cas9编辑突变体,表型分析表明,ZmEIL9的Mu转座子突变体和编辑突变体的株高、籽粒粒长和百粒重均比对照显著降低。

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Zmeil9的Mu突变体植株和籽粒表型

对不同发育时期玉米籽粒干重进行分析,显示ZmEIL9突变体的籽粒灌浆速率小于野生型。

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Zmeil9与对照不同发育时期的籽粒粒重及灌浆速率

扫描电镜观察显示,ZmEIL9突变体比野生型成熟籽粒中的淀粉粒明显变小,并表现不规则形态。

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Zmeil9和对照籽粒纵切扫描电镜

进一步分析表明,ZmEIL9编辑突变体籽粒中总淀粉含量和醇溶蛋白浓度均显著低于野生型。

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Zmeil9和对照籽粒淀粉和蛋白含量

综上,ZmEIL9在玉米籽粒发育过程中起重要调控作用。

该研究获得河南省自然科学基金(212300410356)、河南省玉米产业技术体系(HARS-22-02-S)、河南省农业良种联合攻关项目(2022010201)的资助。

论文链接:

玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育

引用本文:

朱俊杰, 张鑫悦, 潘梦影, 张静雯, 郑琦, 李玉玲, 董永彬. 玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育[J]. 中国农业科学, 2024, 57(18): 3522-3532.

ZHU JunJie, ZHANG XinYue, PAN MengYing, ZHANG JingWen, ZHENG Qi, LI YuLing, DONG YongBin. An EIN3/EIL Family Gene, ZmEIL9 Regulates Grain Development in Maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(18): 3522-3532.



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