论文部分内容阅读
玉米是最重要的粮食和能源作物,其后代的产生与花器官的发育密切相关。同时,玉米又是雌雄同株禾本科植物,其雄花和雌花发生于玉米上不同部位的花序,即雄穗花序和雌穗花序。因此,玉米也是重要的研究花发育的禾本科模式植物。玉米的性别决定突变体可以影响到单一性别花的产生,甚至影响到最终籽粒的形成。比如已经被报道的tasselseed1(ts1),tasselseed2(ts2)两个单基因隐性突变体,以及我们定位到的Tasselseed5(Ts5)单基因显性突变体。Ts5突变体在雄穗小花发育过程中出现小花雌性化的过程,即雌蕊干细胞群能正常分裂与分化,产生胚珠和花丝,最终出现两性花的突变体表型。此外,受到雌蕊发育的影响,和野生型相比,突变体雄穗小花中成熟的花粉囊体积较小。而在雌穗上,在Ts5突变体的雌穗小花发育过程中,出现了部分小花中下位花不败育的现象,最终出现下位花籽粒。我们通过图位克隆的方法将TASSELSEED5(TS5)突变体基因定位在第4号染色体上0.6 Mb的物理区间内,在这一区间内有7个蛋白编码的候选基因。通过对候选基因在性别决定时期雄穗花序材料中的表达量比较,发现基因编号为GRMZM2G177668的基因在突变体材料中的表达量远远高于野生型。利用蛋白序列做同源比对,发现此基因与拟南芥中编号为AT3G48520的基因具有高度的同源性。在之前的报道中,AT3G48520编码了 一个细胞色素C氧化酶,可以将活性较高的JA-Ile氧化为活性较低的120H-JA-Ile。因此,我们检测了玉米Ts5突变体中JA-Ile和其前体物质JA的含量,发现在性别决定时期的突变体雄穗花序中,JA和JA-Ile没有出现峰值,而正常野生型中出现峰值。同时,对突变体植株施加JA溶液,发现可以一定程度地恢复突变体表型。原位杂交实验发现TS5基因在性别决定时期发育的雄穗小花中,主要在雌蕊群干细胞中表达,其表达模式类似于TS2基因。qRT-PCR实验表明TS5基因在玉米的根、茎、叶、雄穗、雌穗中都有表达,且在突变体中的表达量普遍高于野生型。综上所述,玉米Ts5的突变体表型是由TS5基因在雄穗花序和雌穗花序中的异位表达所导致。这一基因的克隆与功能分析加深了我们对玉米性别决定的理解,同时突变体雌穗上额外籽粒的产生也表现出此基因对玉米增产的潜在价值。