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

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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0 k  ^. c+ c6 l+ p
来源:上海生命科学研究院 / 作者: / 2017-09-218 X: c9 ?4 @; V' D

$ U  A' \# Q. ]  Z" C3 f  k9 O5 z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。
% }2 n+ B7 P  H* O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。& U$ \6 q) _9 T# X
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。1 _, K6 ^6 c6 l8 p3 v! B, y