具sORF基因Zm908在玉米花粉发育中的作用机制

具有短开放阅读框的mRNAs (sORF-mRNAs)是一类可能翻译成多肽的非正常mRNAs，只含有编码小于100个氨基酸多肽的开放阅读框。在植物体内可能存在很多这样的小肽分子，但是与已报道的动物体内大量的小肽分子相比，植物体内小肽分子的功能研究还处于刚刚起步阶段。我们从玉米中克隆得到具有sORF基因Zm908，其最长开放阅读框编码96aa多肽。该基因只在花粉中特异表达，在花药的其他组织中检测不到转录产物。属于花粉发育晚期基因。在烟草和拟南芥中异源表达Zm908导致花粉染色呈黄褐色，大小不一致，花粉萌发率显著下降，烟草为7%-19%， 拟南芥为10.6%-32.1%，明显低于野生型对照。扫描电镜观察转基因花粉粒凹陷，皱缩。显示该基因在花粉发育中的重要作用。本课题对Zm908基因在玉米花粉发育中的作用机制进行研究。证明了玉米内源的确存在Zm908p11这个小肽。定位于花粉管的细胞质中。烟草中花粉特异启动子Lat52异源表达Zm908s和Zm908p11，二者表型相似，转基因烟草花粉管生长受到抑制，花粉萌发率下降。 在Zm908基因自身启动子驱动下，将Zm908p11在玉米中进行了超表达和RNAi干扰。转基因玉米的花粉发育正常，RNAi干扰植株的花粉管能够正常生长，而超表达植株的花粉管生长受到抑制，花粉萌发率明显低于野生型。蛋白互作实验表明Zm908p11能够和肌动蛋白结合蛋白ZmPRO1互作。芯片分析显示 显示 Zm908p11超表达玉米花粉中有476个基因表达发生明显变化，其中273个基因显著上调（fold change≥2），203个基因显著下调（fold change≤0.5），这些差异基因主要集中在细胞代谢和发育途径中。RNAi干扰玉米花粉中有445个基因的表达发生明显变化，其中303个基因显著上调（fold change≥2），142个基因显著下调（fold change≤0.5），这些差异基因主要集中在应激反应和生物学相关途径中。综合以上研究结果，Zm908基因是通过97个氨基酸的编码产物Zm908p11行使功能，Zm908p11可能是作为微丝结合蛋白profilin的配基通过抑制微丝的成核来调控花粉管生长的。