玉米胚乳中营养转移细胞发育相关蛋白ZmMIP2的生物学功能研究

The basal layer of cells in maize endosperm begin to differentiate into transfer cells in ealry developmental stage and transfer nutrient from maternal tissue to filial tissue. Transfer cell is seen as the model to study cell differentiation, and its molecular mechanism is very important. Early study demonstrated that the meternal expressing gene meg1 (an imprinting gene) is sufficent to transfer cell differentiation. However, it is still not clear how MEG1 functions. By co-immunoprecipitation (co-IP), we obtained lots of MEG1-interacting proteins, including ZmMIP2. After verifying its interaction to MEG1, ZmMIP2 was chosen for further study. Bases on those results, this project is to study on function of ZmMIP2 in order to understand the mechanism of transfer cell differentiation when ZmMIP2 interact with MEG1. We will explore the characterization of ZmMIP2, such as the localizaiton and topological structure of it and so on, and analysis the change of MEG1 expression and transfer cell differentiation in ZmMIP2 mutant maize. It will provide new clues to understand multigene networks regulating development of maize kernel.

玉米胚乳基部的一层细胞在籽粒发育早期就开始特化为转移细胞，起到从母系组织转运营养到子代组织的作用。转移细胞层作为研究细胞分化的平台，其中的分子机理非常重要。早期的研究工作显示印记基因meg1（一种印记基因）对转移细胞的分化起到必要的作用，但是该基因如何作用于细胞的分化仍然不清楚。因此我们运用免疫共沉淀的方法获得了一些和MEG1有相互作用的蛋白，并在验证了ZmMIP2与MEG1的相互作用之后，选择其做进一步的研究。在此基础上，本项目拟深入研究ZmMIP2基因的功能，从了解其蛋白的定位、拓扑结构等特征入手，然后分析ZmMIP2基因突变体中MEG1的表达变化以及转移细胞的分化情况。以期了解MEG1与ZmMIP2相互作用的条件下，调控转移细胞分化的分子机理，并为研究玉米籽粒发育的多基因遗传调控网络提供新的线索。

转移细胞作为从母系组织运送营养给子代胚乳的关键功能细胞，与玉米籽粒的大小和营养水平有密切关系。了解转移细胞的分化机制，将有助于改善玉米籽粒的营养吸收，从而为提高玉米产量提供非常有价值的信息。在本项目中，利用免疫共沉淀的方法获得与母性表达基因（MEG1）的蛋白相互作用的ZmMIP2 蛋白，通过对ZmMIP2 蛋白的特征和生物学功能研究，从而了解印记基因MEG1 通过何种分子信号网络来调控玉米胚乳中转移细胞的分化。. 对玉米主要组织以及籽粒的不同部位进行 RT-PCR 分析，ZmMIP2 基因的表达谱显示ZmMIP2 基因在种子中高水平转录，且分布范围包括了ZmMEG1蛋白在的转移细胞层。利用 ZmMIP2 的抗体通过免疫组化定位的方法确定 ZmMIP2 基因在玉米胚乳中的表达部位集中在胚乳基部的转移细胞层以及接触胚胎的胚乳部分。预测了ZmMIP2蛋白的结构，并与其它种类植物的蛋白进行了比对分析。已构建 ZmMIP2 –YFP融合蛋白和 MEG1-CFP融合蛋白的表达载体。通过对ZmMIP2 –YFP融合蛋白和 MEG1-CFP融合蛋白的亚细胞定位分析证实 ZmMIP2 和 MEG1 蛋白在细胞质膜上共定位。用分泌途径阻断剂 brefeldin A (BFA)处理胚乳后，通过对ZmMIP2 蛋白和 MEG1 蛋白在转移细胞中的免疫荧光定位，发现第二层的转移细胞结构有变化。