胡萝卜素调控,硬质胚乳 中国实验动物信息网 2020-10-23 468

　　*近，中国科学院卓越分子与植物科学中心研究员吴永露（Wu Young-Louis）的研究小组发表了一篇论文，该论文通过影响自然通讯对Mylolasten信封的完整性影响了迷宫中类胡萝卜素调制的内核纹理。这是*个从自然种群中克隆主要QTL的研究，该QTL控制cornhard/mayendsperm-Ven1（Vitreousendosperm1）的形成，并且该基因的等位基因变异体是Cornendosperm的类胡萝卜素。我发现可以调整极性基团和非极性基团的内容。非极性胡萝卜素的增加减慢了淀粉样蛋白膜的分解，并干扰了蛋白质与淀粉颗粒的相互作用，从而影响了硬质内胚层细胞的形成。

　　坚硬的玉米仁/五月结谷物是一对重要的农业特性，会影响玉米的收获，储存，运输和食品加工。坚硬的内胚层细胞的形成取决于蛋白质体（麦醇溶蛋白的储存）和淀粉样蛋白体之间的紧密相互作用。玉米子宫内膜发育过程中，子宫内膜外区蛋白体致密，淀粉颗粒小，中心区蛋白体稀疏，淀粉颗粒大。随着谷物的成熟和脱水，子宫内膜外部区域的蛋白质体和其他细胞内内容物（例如细胞质，细胞器和细胞骨架）相互缠绕，形成牢固地容纳淀粉颗粒的蛋白质基质。包裹形成密集，坚硬的内胚层；子宫内膜叶片中央区域缺少蛋白质体，使淀粉颗粒完全暴露，形成疏松的粉状内质卵泡。玉米的子宫内膜硬质表型在自然种群中有丰富的变化，从几乎完全钝的材料到完全钝的材料，但是学术界对QTL及其控制其形成的分子机制缺乏了解。类胡萝卜素主要集中在坚硬的内胚层中，它们的组成和含量决定了大多数玉米品种的颜色（从白色变成橘红色；紫色玉米是由于花青素在糊粉层中的积累所致。将被触发）。在自然种群中，类胡萝卜素含量变化较大，但可用于生物增强维生素A的上等位基因变化较小。在育种过程中，谷物的颜色和硬粉的质量显然是人为选择的，但是在学术界，两者之间的内部联系尚不清楚。在A619的背景下，研究人员通过连续八代回交，使用了常规的硬锥不相容性W64A和粉质玉米不相容性A619，即硬质和粉质同源基因谱系NILW64A。并建造了NILA 619。通过BSA测序，详细的定位和RNAi基因验证，已经克隆了影响硬质精子形成的主要QTL Ven1、该基因编码β-胡萝卜素羟化酶3（β-胡萝卜素羟化酶3、HYD3），其在子宫内膜淀粉细胞中高度表达，并且该蛋白质位于淀粉样蛋白膜内部。 Ven1在NILA619中被片段去除，并且表达较低，因此β-胡萝卜素不会被羟基化为下游极性胡萝卜素，其他上游非极性胡萝卜素的含量也会增加。这改变了淀粉体膜的物理化学性质。ILA619的淀粉样蛋白膜（包括淀粉颗粒）具有增强的稳定性和不规则溶胀，从而在内部精子细胞脱水，蛋白质体与淀粉颗粒和蛋白质之间的相互作用过程中延迟了其降解。矩阵网格的形成受到阻碍。成熟时会形成粉状内胚层。相反，坚硬，近乎均质的基因系NILW64A具有高Ven1表达，减少的非极性类胡萝卜素含量，规则的淀粉样膜形态和易于降解，淀粉颗粒表面具有浓缩的蛋白质和细胞质。形成致密的蛋白质基质。网格围绕结构。这是形成坚硬内胚层细胞的重要基础。为了证明非极性胡萝卜素的过度积累是A619粉质表型的原因，研究人员在A619中进行了广泛的EMS诱变，以阻断上游类胡萝卜素的合成途径。我得到了一种变体材料。共同的特点是：从粉状子宫内膜到硬质子宫内膜，它被称为Ven1抑制剂（Ven1A619，Ves抑制剂）。 GWAS分析表明，自然种群中有多个Ven1修饰子。即，在不改变胡萝卜素组成的情况下形成坚硬的内胚层细胞。这项研究揭示了一种新的分子遗传机制，通过该机制，类胡萝卜素通过影响淀粉样蛋白膜的稳定性来影响硬内胚层细胞的形成。这对于种植具有高胡萝卜素的硬玉米品种很有用。

　　副研究员王海海和分子植物卓越研究中心博士后研究员黄永才是本文的共同主要作者，吴永瑞是本文的通讯作者。博士生肖巧，黄星，博士后研究员李长生，项晓丽，助理研究员王琼，硕士生朱一东，副研究员王洁臣，公共技术服务中心老师高晓燕，上海交通大学副教授王文琴和亚利桑那大学的费罗恩·布莱恩·A·拉金斯参加了这项研究。研究工作得到了科学技术部，国家自然科学基金和中国科学院战略牵头科技计划的支持。