上海生科院发现植物新转录因子家族PLATZ参与玉米胚乳发育与灌浆

        近日,中国科学院上海生命科学研究院上海植物生理生态研究所巫永睿研究组的研究成果,以The maize imprinted gene Floury3 encodes a PLATZ protein required for tRNA and 5S rRNA transcription through interaction with RNA polymerase III为题发表在The Plant Cell上。该研究克隆和功能解析了经典玉米胚乳粉质突变体floury3,发现该基因编码一个PLATZ(plant AT-rich sequence- and zinc-binding)蛋白。Floury3特异在胚乳淀粉细胞中表达,与RNA聚合酶III复合体关键成员RPC53和TFC1互作,参与tRNA和5S rRNA转录调控,调控胚乳发育和储存物质合成。该研究是首次关于植物特有PLATZ转录因子家族遗传和功能的报道。
        巫永睿研究组长期从事玉米胚乳发育与产量品质的研究工作。研究组通过开展影响玉米胚乳发育与产量、品质形成的关键基因克隆与功能解析,揭示调控胚乳发育的新机制,拓展优质蛋白玉米育种的分子路径。floury3是一个经典玉米胚乳半显性突变体,千粒重比野生型下降近60%,但营养和生殖生长没有明显影响。巫永睿研究团队克隆Floury3基因,发现该基因编码一个PLATZ家族蛋白。fl3蛋白的PLATZ结构域的Asn/His氨基酸替换导致显性突变。Fl3特异在胚乳组织中表达,约90%以上的转录本来自于母本,偏离在胚乳中正常的母本父本之比2:1。同时,父本基因组中的Fl3基因启动子也被发现具有更高的甲基化水平。这证明,Fl3是一个新发现的玉米印迹基因,主要由母本表达,导致fl3的显性突变表现为半显性遗传效应。研究人员发现,利用酵母双杂交筛选,FL3可以与RNA聚合酶III转录复合体中的RPC53和TFC1互作。RNA聚合酶III下游的5S rRNA和tRNA的转录本在突变体中显著降低,这说明突变fl3蛋白直接参与,并负面影响了RNA聚合酶III的转录。对fl3胚乳进行转录组分析发现,营养物质储藏相关基因的表达在突变体受到影响。PLATZ是植物特有转录因子家族,自2001年豌豆中该家族第一个基因序列被克隆以来,这个转录因子家族的遗传突变体和功能始终未见报道。科研人员发现,FL3和其它PLATZ成员可能存在功能冗余,fl3突变体能被克隆和进行功能研究得益于该基因的显性突变,这是遗传上研究功能冗余最有效的方法之一。
        该项工作得到了国家自然科学基金委,中科院战略性先导科技专项、中科院分子植物卓越中心和青年千人计划的资助。

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