玉米隐花色素基因CRY1a的克隆及功能分析

来源 :山西大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:kill5678
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玉米(Zea may)不但是重要的粮食作物,同时也是高光效的C4模式植物。隐花色素(cryptochrome,CRY)是高等植物主要的蓝光受体,与光形态建成、开花起始、种子休眠、生物产量等性状的发育密切相关。模式植物拟南芥的隐花色素研究已经较为深入,在单子叶植物中除了对水稻、小麦、高粱、大麦的CRY1a进行研究外,玉米CRY1a一直未被研究。鉴于隐花色素参与调控植物生长发育的重要作用,开展对玉米隐花色素的研究迫在眉睫。本研究利用同源克隆的方法克隆、测序验证得到玉米B73两个ZmCRY1a基因的的编码区cDNA序列;采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmCRY1a在不同器官、光质、光转换及长日照、短日照条件下的表达水平;利用相关生物信息学软件分析ZmCRY1as氨基酸序列及蛋白质功能结构域,并对ZmCRY1a和其他植物CRY1a蛋白的同源性进行分析。结果发现,ZmCRY1as与AtCRY1和OsCRY1a蛋白结构类似,包含1个DNA photolyase结构域、1个FADbinding7结构域、1个Crytochrome C结构域;氨基酸序列同源性分析发现,ZmCRY1as与水稻OsCRY1a同源性最高,与拟南芥、大豆等双子叶植物的CRY1的同源性较低;ZmCRY1as在成株期叶片中表达量最高:ZmCRY1a1、ZmCRY1a2在叶中的表达量分别是其根中的52.1倍、15.3倍;相对于黑暗下,二者在各种持续光质中的表达丰度均较高,尤其蓝光和远红光条件下,分别达到黑暗中ZmCRY1a1表达量的9.5和9.0、6.3和8.3倍;尽管是作为编码蓝光受体的基因,ZmCRY1a1和ZmCRY1a2基因的表达却能强烈地响应远红光和红光刺激,其转录最大峰值分别达到各自黑暗时的4.8和3.9、22.8和14.5倍;同样二者也能响应光周期处理。长日照条件下,ZmCRY1a1与ZmCRY1a2的转录存在差异,表现为ZmCRY1a1的转录在一个光周期内共出现5个峰值,最高峰位于光照12h,而ZmCRY1a2的转录只有4个峰值,最高峰位于进入黑暗2h时;短日照条件下,两个ZmCRY1a的表达出现了极其相似的模式,均在进入黑暗后出现两个最高峰,分别位于一个光周期的第18h和第22h时,而在光照期间虽然有峰值出现,但峰值较低。同时把ZmCRY1a1和ZmCRY1a2基因构建到玉米过表达载体pBCXUN中,转化到农杆菌菌株GV3101,并侵染拟南芥,收获到T0代种子。得出的结论是:玉米ZmCRY1as与拟南芥AtCRY1a和水稻OsCRY1a具有相似的结构;ZmCRY1a在叶中表达量最高,并且能响应各种光质处理,特别是远红光;ZmCRY1as也能响应长日照和短日照条件处理。
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