类受体激酶ZmRKL2在玉米籽粒发育过程中的功能研究

Maize kernel traits are one of the important factors that affect the maize yield and quality. Studies on the genes related to the maize kernel development could provide theoretical guidance for breeding new varieties with higher yield and quality. Based on the selection of the kernel mutants from Maize Genetics Cooperation Stock Center in the previous work, we found that the mutant strain of ZmRKL2 gene has a stable inherited smaller embryonic phenotype. Further studies revealed that the ZmRKL2 gene is an imprinted gene that encodes a receptor-like kinase. The Mu transposon inserted in the first exon of ZmRKL2 leads to the mutant phenotype. This project will study on the following points: 1) Check the phenotype of ZmRKL2 mutant derived from gene editing technology; 2) Clear the expression pattern of ZmRKL2 in the cell by the constructions of ZmRKL2 with GFP vector; 3) Analysis the gene expressed location in the kernel by RNA In Situ; 4) Analysis the differentially expressed genes between wild-type and mutant-type kernel of ZmRKL2 by RNA-seq analysis, and find out the pathway of ZmRKL2; 5) Select the yeast library of kernel by yeast two-hybrid technology to find out which protein interacting with ZmRKL2 and explore its interaction network. This study will elucidate the function of receptor-like kinase in the development of maize kernels, and lay the theoretical foundation for the further selection.

玉米籽粒性状是影响玉米产量和品质的重要因素之一，对玉米籽粒发育相关基因的研究可以为选育高产优质新品种提供理论指导意义。基于本人前期工作中对玉米突变体库的籽粒突变体筛选发现，ZmRKL2基因突变株系出现了稳定遗传的胚变小表型。进一步研究发现，ZmRKL2基因是编码类受体激酶的印记基因，在外显子中存在Mu插入导致了突变表型。本项目将在此基础上开展以下研究：1）利用基因编辑技术创建ZmRKL2突变体，检测是否会有突变表型；2）构建ZmRKL2与GFP的融合表达载体，明确该基因在细胞中的表达位置；3）利用原位杂交技术确定该基因在籽粒中的特异表达组织；4）通过RNA-seq分析野生型与突变体差异基因，找到该基因所在通路；5）利用酵母双杂技术筛选籽粒酵母文库，寻找与ZmRKL2互作的蛋白，探索其互作网络。本研究将有助于解析类受体激酶基因在玉米籽粒发育过程中行使的功能，为下一步选育优良材料奠定理论基础。

玉米籽粒性状是影响玉米产量和品质的重要因素之一，对玉米籽粒发育相关基因的研究可以为选育高产优质新品种提供理论指导意义。玉米ZmRKL2基因编码了一个类受体激酶，其外显子存在插入的Mu突变体株系表现出稳定遗传的胚变小表型。本课题在此研究基础上，通过生物信息学、核酸分子生物学、蛋白质组学等研究方法和技术手段，对ZmRKL2基因的功能开展全方位的研究。首先通过CRISPR-Cas9基因编辑技术，创制了ZmRKL2基因的功能缺失突变体，表型分析发现，ZmRKL2基因的突变会导致玉米籽粒中胚面积显著减小。相反，在ZmRKL2基因的过表达株系中，籽粒中胚的面积则显著增大。对ZmRKL2基因的表达模式分析发现，ZmRKL2基因主要在授粉后6天的幼胚中高表达。亚细胞定位结果表明，ZmRKL2蛋白在细胞膜表达。酵母双杂交实验发现，ZmRKL2蛋白与Zm00001d038557、Zm00001d006184、Zm00001d005108和Zm00001d004300基因存在互作的情况。综合上述结果，本研究初步解析了玉米ZmRKL2基因在籽粒发育过程中所扮演的角色和行使的功能，该结果将为下一步在生产上利用分子育种技术选育优良材料奠定理论基础。项目资助发表SCI论文1篇，待发表1篇。培养硕士研究生3人，培养本科生5人，在读4人；项目投入经费29万元，支出26.14万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费用于本项目研究后续支出。