调控玉米叶夹角关键基因ZmCLA3互作网络分析

来源 :河南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luke_kai
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叶夹角是决定玉米株型的一个关键性状,因此,研究玉米叶夹角发育过程中的遗传调控网络和分子作用机制,不仅对科学研究具有重要的意义,而且对选育株型优良、耐密高产的新品种具有极大的参考价值。本课题组利用紧凑型玉米自交系豫82与松散型玉米自交系D132为材料,通过图位克隆技术获得了控制叶夹角发育的候选基因ZmCLA3。通过ZmCLA3基因序列同源性分析,发现其与控制水稻叶夹角发育的ILI1基因及拟南芥的PRE1基因高度同源。并通过玉米遗传转化和荧光定量PCR技术初步证明了ZmCLA3正向调控玉米叶夹角的大小。本研究是在这些研究的基础上,通过酵母双杂交技术发掘与ZmCLA3互作的蛋白,并回转酵母验证其互作关系;利用DAP-seq技术筛选了ZmCLA3的调控结合位点。对其结合的基因进行分析,发掘ZmCLA3与叶夹角形成有关的可能作用的靶基因。该研究为揭示ZmCLA3在调控玉米叶夹角形成过程中的功能及作用机制提供了参考。本研究的主要研究结果如下:  1、利用酵母双杂交技术,以ZmCLA3蛋白为诱饵,在豫82为材料构建的酵母双杂交文库中获得87个阳性克隆,其中63个正确阅读框分为19个ORF,生物信息学表明,1个bHLH转录因子(GRMZM2G173534,UHTD)、一个C3H4锌之结构蛋白(GRMZM2G386113,EPLA)、一个PP2A类家族蛋白(GRMZM2G369912,PPRS)可能与叶夹角发育有关。进一步对ZmCLA3回转酵母验证,结果表明ZmCLA3与上述基因在酵母体内确实存在相互作用。  2、利用MEME软件对DAP-seq技术得到的数据进行分析,结果表明CLA3与靶基因结合位点初步确定为CG..CG和A..A..ATA。进一步分析发现2次生物学重复中共交叠的靶基因为3889个,其中作用于启动子的靶基因为1396个,具有功能注释的靶基因1126个,这些基因主要涉及到细胞组分,分子功能和生物过程。通过生物信息学分析及基因功能注释,62个基因可能涉及叶夹角形成。尤其是与油菜素内酯信号传导(如GRMZM2G019317、GRMZM2G024151、GRMZM2G146514、GRMZM2G432335、GRMZM5G852801)、生长素响应(如GRMZM2G104176、GRMZM2G115357、GRMZM2G074742、GRMZM2G112598)及赤霉素合成代谢途径关键酶基因(如GRMZM2G031432、AC215639.3_FG002)等相关基因可能涉及叶夹角的形成。  综上所述,ZmCLA3作为三种植物激素信号传导路径和合成代谢途径的交叉节点,即主要参与油菜素内酯、生长素的信号传导途径及赤霉素合成代谢途径调控玉米叶夹角的发育。
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