玉米胚乳蛋白体的分子解析

Seed density and hardness play an essential role in maize seed quantity and quality. The synthesis and deposition of storage protein have effects on this trait. Protein body is an unique organelle for zeins accumulation in maize and also is a convenient vector for biosynthesis of the foreign proteins. However, the molecular mechanism underlying protein body synthesis and assembly is still unknown. We use a proteomic approach to dissect the proteome of maize endosperm protein body at the subcellular level. Previously, we indicated that Opaque1 influences protein body assembly by affecting ER morphology and motility, ultimately affecting endosperm texture. But the regulatory details through this process still need to be elucidated. By systematically screening and validating proteins that could interact with Opaque1 tail domain, we aim to construct an O1-interacting protein network, which will provide invaluable information for further analyzing O1 biological function. Combined with the information from the proteome of protein body, the key proteins involved in ER motility and protein body assembly will be selected for further functional analysis. Finally, the relationships between myosin motor protein/ER/cytoskeleton and protein body will be evaluated by using dominate-negative assay and chemical drugs in the induced protein body system in tobacco leaves. This will provide important information for dissecting the mechanism underlying endosperm protein body biosynthesis and assembly, and provide a solid basis for the molecular design and creation of maize germplasm in seed quality related traits.

籽粒的密度和硬度是决定玉米产量和品质的重要性状。储藏蛋白的合成与积累对该性状起决定性的作用。蛋白体是玉米主要储藏蛋白（醇溶蛋白）积累的特有细胞器，同时也是生物合成外源蛋白质的重要载体。目前，蛋白体生物合成和装配的分子机制还不清楚。本研究拟从亚细胞水平解析玉米胚乳蛋白体的蛋白质组，从总体上揭示蛋白体固在蛋白的组成和功能分类。前期研究表明，O1通过控制内质网的运动和形态影响蛋白体的装配，但其调控细节仍需阐明。通过系统筛选O1尾部结构域的互作蛋白建立O1蛋白互作网络，进一步揭示O1行使的生物学功能。结合蛋白体蛋白质组信息，选取内质网和蛋白体相关的关键蛋白进行功能分析。最后，在烟草体内诱导的蛋白体系统中，通过显性抑制、添加化学抑制剂等研究Myosin类马达蛋白、内质网和细胞骨架对蛋白体装配的影响，探究蛋白体合成装配的机制，为玉米籽粒品质相关性状的分子设计和创新提供理论依据。

籽粒是玉米的主要储藏器官，积累了大量的淀粉、蛋白和油脂等物质。它们直接决定了籽粒的品质、质地及储藏相关的性状，并且为胚早期的生长发育提供营养。在胚乳发育过程中，醇溶蛋白在多聚核糖体合成后在内质网膜上聚集并组装，在内质网腔内形成蛋白体，也是生物合成外源蛋白质的重要载体。.结合蔗糖不连续密度梯度及连续密度梯度离心，获得了纯净且完整的蛋白体并进行HPLC-MS分析，共获得2433个蛋白。TargetP和WoLF PAORT分析表明：这些蛋白主要分布在内质网及其分泌途径、线粒体、质体及胞质。KEGG分析可知，主要分布在代谢途径、二级代谢产物的生物合成、核糖体、内质网的蛋白进程和氧化磷酸化。酵母双杂交发现，蛋白体中分离的2个Myosin XI不能与另2个DUF593蛋白互作，但是XI-3能与其他3个DUF593蛋白（BP1-3）互作。这表明Myosin XI和DUF593的互作具有亚型特异性并且在不同的植物中保守。.dek36突变的表型为小而塌陷的有缺陷籽粒且为胚或苗致死型突变。图位克隆表明，DEK36编码E+类型的PPR蛋白。DEK36参与了线粒体转录本3个位点的编辑：atp4-59、nad7-383d及ccmFN-302，导致线粒体复合物I、III 和IV的功能减弱。拟南芥的同源突变体At_dek36也显示类似的表型：种子塌陷，胚和胚乳发育受阻，导致胚致死。At_dek36在atp4、nad7及ccmFN也存在编辑缺陷，但是位点不保守。ccmFN1, ccmFN2 and rps12转录本上的所有编辑位点的编辑效率在At_dek36突变体中均一致下调，表明AtDEK36能够增加这些转录本的稳定性。该研究阐明了DEK36在影响玉米和拟南芥种子发育中通过不同的方式来调控线粒体转录本RNA的代谢，揭示了单子叶和双子叶植物种子演化过程中PPR蛋白与其调控线粒体转录本协同进化。.Por1编码脯氨酸生物合成过程中的限速酶△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶P5CS。RNA印迹揭示，pro1突变体中空载的tRNApro AGG大量积累，由此导致eIF2α被磷酸化，而磷酸化的eIF2α会抑制蛋白的合成，造成pro1中蛋白含量普遍降低。进一步发现，pro1中与细胞周期相关的基因表达发生改变, 进而导致pro1细胞周期发生变化, 使细胞停滞在G1期。阐明脯氨酸调控蛋白合成和细胞周期转变作用。