玉米PLATZ基因家族参与胚乳发育及储藏物质合成的分子机理

The maize floury3 (fl3) mutant encodes a PLATZ family protein, which regulates the transcription of 5S rRNA and tRNA through interacting with RNA polymerase III transcription complex, and then influences the synthesis of corn endosperm storage reserves (Plant Cell，2017). Although the applicants have cloned fl3, the biology function of FL3 is still unknown. In this project, we’ll create null mutants of four PLATZ members by CRISPR/Cas9, which are highly expressed in the developing maize seed and potentially have functional redundancy. Meanwhile, we will apply EMS technology to create different fl3 allelic mutants. So, we apply the forward and reverse genetic technology to investigate the molecular biological function and mechanism of FL3 and PLATZ family. We then aim to dissect the downstream network of FL3 and explore the molecular mechanism of this protein though RNA-seq and ChIP-seq analysis. In summary, the goals of the current project are to reveal the molecular mechanism of the four PLATZ members including Fl3 and their roles in the maize endosperm development and the synthesis of storage reserves. The outcome of this project is expected to provide new candidate genes and mechanisms for genetic improvement in maize nutritional quality and yield.

玉米fl3突变体是胚乳灌浆缺陷的经典突变体，编码PLATZ蛋白，通过与RNA聚合酶III转录复合体互作，调控5SrRNA和tRNA的转录（Plant Cell，2017）。申请人前期的工作虽然已经克隆了这个基因，但Fl3和PLATZ家族的遗传调控网络和分子机理还有待进一步研究。本项目拟利用CRISPR技术创建4个玉米胚乳高表达的PLATZ家族突变体及突变组合，同时采用EMS技术创建FL3蛋白结构域功能缺失突变体，从正向和反向遗传学角度开展系统的网络解析工作。联合利用RNA-seq和ChIP-seq技术，全基因组扫描分析FL3下游基因，探索FL3转录调控的分子机理。最终阐明FL3及PLATZ在玉米胚乳发育和储藏物质合成中的生物学功能和分子机理，为玉米品质改良提供理论支撑。

玉米fl3突变体是胚乳灌浆缺陷的经典突变体，编码PLATZ蛋白，通过与RNA聚合酶III转录复合体互作，调控5S rRNA和tRNA的转录（Plant Cell，2017）。本项目的主要研究内容延续了这一方向，尝试阐明Fl3基因及PLATZ基因家族在玉米胚乳发育和储藏物质合成中的生物学功能和分子机理。.我们首先根据玉米V3基因组和V4基因组，搜寻了所有的PLATZ家族成员，关于玉米PLATZ家族成员进化和功能分析的工作已发表于《BMC Plant Biology》杂志，本人为第一作者，本项目为第二标注。.我们获得了4突变组合材料，并进一步利用Flag:FL3:GFP转基因材料，采用IP-MS技术，鉴定到Fl3新的互作蛋白MSI1a/Fie1等PRC2复合物成员。我们进一步采用Anti-Fl3和Anti-H3K27me3抗体，进行ChIP-seq实验。结果发现，Fl3蛋白的结合位点和H3K27me3的结合位点高度重合。这暗示了Fl3可能通过PRC2复合物，参与调控胚乳灌浆起始的组蛋白甲基化修饰。我们也获得了PRC2复合物中胚乳特异表达成员，fie1突变体，其呈现和fl3n相反的表型，籽粒变小，储藏物质合成增加。.目前，关于Fl3基因在胚乳灌浆起始阶段参与组蛋白甲基化修饰的生物学功能文章正在补充数据，整理文章，准备投稿阶段。.另一方面，本人指导学生冀晨共同完成了揭示胚乳灌浆期高表达转录因子ZmGRAS11功能文章。我们建立了以O2-ZmGRAS11-ZmEXPB12为中心的玉米胚乳转录调控网络模型，偶联了胚乳灌浆和细胞扩张两个独立的生物学过程，这部分工作于2022年发表于《The Molecular Plant》杂志，本人是该文章的共同通讯作者，并申请了中国专利一项。这部分工作也获得了本项目的资助，本项目为第五标注。