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膜联蛋白基因ZmANN33/35在玉米种胚萌发中的功能研究
结题报告
批准号:
31201279
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
关亚静
依托单位:
学科分类:
C1307.作物基因组及遗传学
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡晋、王建成、朱岩芳、崔华威、朱丽伟、胡琦娟
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中文摘要
种子的生物学价值在于其萌发,种子萌发对农业生产、植物种群繁衍、生态修复和平衡至关重要。种子萌发涉及非常复杂的代谢活动,细胞膜系统也随之修复,但至今种子萌发的分子基础研究还相当薄弱。膜联蛋白已被证实具有锚定或结合细胞膜的功能,可修复动物损伤的细胞膜,但目前尚未见膜联蛋白在种子萌发,尤其在萌发期间对细胞膜修复方面的研究。本研究以玉米种子为试验材料,在自然老化和低温逆境下,测定不同萌发阶段玉米种胚不同器官细胞膜完整性以及抗氧化酶活性变化,利用Real-time PCR和Western blot等方法分析膜联蛋白基因ZmANN33和ZmANN35及其蛋白的时空表达模式。采用超表达和RNAi技术,结合转基因玉米种子萌发时的表型观察,揭示ZmANN33/35在种子萌发中的功能。本研究为阐明种子萌发尤其是萌发期间的修复机制提供了新的研究思路,也为未来应用生物工程技术提高种子萌发性能提供理论依据。
英文摘要
The biological value of seed lies in its germination, seed germination is essential for agricultural production, reproduction of plant populations, ecological restoration and balance. Seed germination involves very complex metabolic activities, and the membrane system is also repaired with it, but so far the research on molecular basis of seed germination is still quite weak. Annexin proved to have the ability to anchor or combine with the cell membrane, repair the injuried cell membranes of animal. But up till now, annexin function in seed germination, especially in cell membrane repairing during germination period has yet to be studied. In this study, maize seeds were used as test material. After aging and low temperature processing, the changes of cell membrane integrity and antioxidant enzyme activities in different organs of maize embryo at different germination stage were determined. Real-time PCR and western blot technologies were used to analysis the time and space expression patterns of ZmANN33 and ZmANN35 and their protein in maize. Overexpression and RNAi technologies, combined with the phenotype observation in the genetically modified corn seed germination, the ZmANN33/35 function in seed germination were revealed. This study provides a new research approach to clarify the molecular mechanism, especially the repair mechanism during germination, and also provide a theoretical basis for improving seed germination performance by the application of bio-engineering technique.
确保种子播种后快速健康成苗是稳定玉米生产的重要环节之一,但玉米喜温,在早春播种时常会遭遇低温,严重影响种子萌发及幼苗生长。因此,研究种子萌发期间尤其低温逆境下种胚的生理事件具有重要意义。种子萌发是一系列基因表达的综合体现,涉及到许多复杂的生理生化代谢反应和诸多信号分子传导。在种子萌发吸胀阶段,干种子细胞内的大分子和细胞器等逐步活化修复,但细胞膜修复机制仍是种子萌发领域尚未解决的难点之一。目前,在动物细胞中已证实具有细胞膜结合功能的膜联蛋白可直接参与细胞膜损伤后的修复,这暗示着在植物细胞中膜联蛋白可能具有相似功能。.因此,本项目重点开展了膜联蛋白基因ZmANN33/35在玉米种子萌发过程中的功能研究。研究以低温敏感自交系玉米Mo17种子为材料,分析ZmANN33/35在玉米种胚萌发中的表达模式,探讨ZmANN33/35对玉米种子萌发阶段低温逆境的应答机制。并通过拟南芥遗传转化,进一步验证ZmAnn33/35对细胞膜修复的作用。主要结果如下:.1.对玉米种子萌发过程进行了4个阶段的细分,发现ZmANN33/35表达量增加与萌发期细胞膜的修复速度成正比。低温逆境在强烈抑制ZmANN33/35表达的同时使种子电导率大幅增加,表明ZmANN33/35可能参与了细胞膜的修复。.2.通过低温吸胀期玉米种子生理变化及ZmAnn33/35表达谱分析,发现低温吸胀可大幅降低ZmAnn33/35的表达,同时显著增大细胞膜的损伤程度。膜联蛋白是一种Ca2+结合蛋白,钙离子抑制剂EGTA的存在会显著抑制ZmAnn33/35的表达,加剧低温逆境下种胚中丙二醛的含量。表明低温加剧细胞膜的损伤与其对ZmAnn33/35表达的抑制密切相关。.3.运用转基因及亚细胞定位等手段,发现外源ZmAnn33/35的转入可促进拟南芥幼苗的生长,增强植株抗低温能力。ZmAnn33/35主要分布在细胞膜上,短暂低温处理的拟南芥根部细胞膜完整性显著高于野生型。表明膜联蛋白有助于逆境下细胞膜完整性的稳定和细胞膜的修复,可缓解植株的低温冷害。.总之,膜联蛋白基因ZmAnn33/35在玉米种子萌发过程中起着重要作用,其主要通过参与细胞膜的修复及稳定增强种子萌发期的低温抗性。该研究结果将有助于阐明种子萌发的分子机理尤其是萌发期间的修复机制,并对未来进一步提高种子活力及低温抗性具有重要的理论与实践意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2015
期刊:光谱学与光谱分析
影响因子:--
作者:朱丽伟;马文广;胡晋;郑昀晔;田艺心;关亚静;胡伟民
通讯作者:胡伟民
Single counts of radicle emergence provides an alternative method to test seed vigour in sweet corn
胚根出现的单次计数提供了测试甜玉米种子活力的替代方法
DOI:--
发表时间:2015
期刊:Seed Science and Technology
影响因子:1.4
作者:Huang Yutao;Li Jie;Li Zhan;Hu Jin
通讯作者:Hu Jin
"On-off" thermoresponsive coating agent containing salicylic acid applied to maize seeds for chilling tolerance.
– 开关 – 含有水杨酸的温敏包衣剂应用于玉米种子的耐冷性
DOI:10.1371/journal.pone.0120695
发表时间:2015
期刊:PloS one
影响因子:3.7
作者:Guan Y;Li Z;He F;Huang Y;Song W;Hu J
通讯作者:Hu J
A strategy for finding the optimal scale of plant core collection based on Monte Carlo simulation.
基于蒙特卡罗模拟寻找植物核心采集最佳规模的策略
DOI:10.1155/2014/503473
发表时间:2014
期刊:TheScientificWorldJournal
影响因子:--
作者:Wang J;Guan Y;Wang Y;Zhu L;Wang Q;Hu Q;Hu J
通讯作者:Hu J
水稻OsSAP5基因调控种子灌浆成熟期高温耐性的分子机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    关亚静
  • 依托单位:
Spd调控OsSAP5参与杂交水稻种子灌浆期耐热性建成的分子机制
  • 批准号:
    LY21C130006
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    关亚静
  • 依托单位:
国内基金
海外基金