蔗糖/ABA调控玉米胚乳淀粉合成的转录因子鉴定及功能研究

Sucrose/ABA can regulate the exprssion of starch synthetic genes during grain filling, Howerver,the molecular regulation mechansim is still unclear so far.In our previous studies ,we found that the ABI4 gene in maize endosperm could be induced by ABA, which can interact with a CACCG motif in the zsS1 promoter,and increase the expression of zsS1. Sucrose not only is the product of photosynthesis,but also a signal molecule, and it can alone or coordinate with ABA regulate some genes expression inovled in starch synthesis. Meanwhile,10 DAP maize endosperms were separated from B73 inbred line and treated with sucrose,ABA and sucrose plus ABA at 28℃ in dark for 24 hours.RNA-seq analysis of the maize endosperm transcriptome reveals that 159 starch synthesis-related genes and 55 transcription factor families. So we speculate that starch synthetic genes’ expression should be regulated by transcription factors induced by Sucrose/ABA. Based on this The candidated transcription factors induced by Sucrose/ABA and involved in starch biosynthesis would be selected by the co-expression analysis,and will be identified by using the technology of EMSA,Subcellular localization,Yeast one-hybrid library and endosperm transient expression system.And then, the biology fuction of transcription factor will be researched by transgene maize.The results would reveal the molecular mechanism of endosperm starch biosynthetic genes’ expression regulated by sucrose /ABA.

玉米灌浆期蔗糖/ABA（脱落酸）能促进胚乳淀粉合成相关基因的表达，但分子调控机制仍不清楚。本课题组前期研究表明ABA能通过诱导ABI4转录因子来调控淀粉合成酶基因zsS1基因表达，同时发现蔗糖可促进淀粉合成相关基因表达，并且与ABA具有协同调控作用；与此同时，利用高通量测序技术，对玉米B73自交系授粉后10天的胚乳经蔗糖/ABA处理的转录组进行测序，发现了159个淀粉合成代谢相关基因和55个转录因子，由此推测蔗糖/ABA可通过转录因子来调控淀粉的生物合成。本项目在前期研究基础上，运用生物信息学进一步筛选蔗糖/ABA调控胚乳淀粉合成相关基因表达的转录因子，通过亚细胞定位，酵母单杂交，凝胶阻滞电泳，胚乳瞬时表达等方法对候选转录因子进行鉴定及机理研究，并对鉴定的转录因子通过转基因技术进行生物学功能研究，系统揭示蔗糖/ABA调控玉米胚乳淀粉合成的分子机制，为分子育种改良玉米品质和提高产量奠定基础。

玉米是我国第一大作物，不仅是重要的粮食作物，也是重要的经济作物，具有广泛用的用途。课题组前期研究表明玉米灌浆期蔗糖/ABA能促进胚乳淀粉合成相关基因的表达，但分子调控机制仍不清楚。本项目利用高通量测序技术，对玉米B73自交系授粉后10天的胚乳经蔗糖/ABA处理的转录组进行测序，发现了159个淀粉合成代谢相关基因和55个转录因子，运用生物信息学进一步筛选蔗糖/ABA调控胚乳淀粉合成相关基因表达的转录因子，通过亚细胞定位，酵母单杂交，凝胶阻滞电泳，胚乳瞬时表达等方法对候选转录因子进行鉴定及机理研究，并对鉴定的转录因子通过转基因技术进行生物学功能研究，系统揭示蔗糖/ABA调控玉米胚乳淀粉合成的分子机制，为分子育种改良玉米品质和提高产量奠定基础。.本项目以玉米自交系B73为材料，采用高通量测序平台对各处理组的玉米10DAP胚乳进行转录组测序，分别筛选了各处理的差异基因，根据差异表达基因表达水平及被注释的生物功能，对其中21个差异表达的转录因子基因和7个淀粉酶基因进行qRT-PCR验证，最终选择ZmEREB156、ZmEREB17、ZmWRKY82.2 、ZmZAT8、ZmbZIP04转录因子介导蔗糖/ABA协同调控对淀粉合成酶基因的表达的分子机制进行重点研究。将5个候选转录因子基因与绿色荧光蛋白的融合表达载体通过基因枪法分别转化洋葱表皮细胞，通过激光共聚焦显微镜观察，这5个转录因子都定位于细胞核中。转录激活试验表明有4个候选基因具有转录激活活性。通过玉米胚乳瞬时表达分析表明过表达ZmEREB156能提高sh2和SSIIIa基因启动子活性，过表达ZmEREB17可以提高SSI基因启动子活性， ZmZAT8 能提高Sh2、Bt1、Wx基因启动子活性，ZmWRKY82.2能诱导Ae，Bt2等启动子的活性。通过酵母单杂交试验结果表明ZmEREB156与SSIIIa启动子具有结合作用，ZmEREB17与SSI具有结合作用，而ZmEREB156对sh2的调控作用比较复杂，可能通过与其他互作元件协同起到调控作用；ZmWRKY82.2能与Bt2、Ae等基因启动子在酵母体内相结合；ZmZAT8与启动子Sh2和启动子Bt1有结合作用；转录因子ZmbZIP104能与GBSSI基因启动子结合促进其活性。同时获得了ZmEREB156 和ZmWRKY82.2的转基因过表达植株，并正在进行鉴定。