中国农大/中国农科院联合鉴定了RNA聚合酶调控胚乳灌浆的新机制

以下文章来源于作物科学联盟 ，作者陈全全

种子发育是决定作物产量和品质的关键过程。近期，核酸领域顶级期刊Nucleic Acids Research（五年影响因子16.4）正式在线发表了中国农业大学种子科学与技术中心王建华团队和中国农业科学院作物科学研究所刘允军团队为共同通讯的题为“RNA polymerase common subunit ZmRPABC5b is transcriptionally activated by Opaque2 and essential for endosperm development in maize”的研究论文，该研究鉴定了RNA聚合酶（RNAPs）共有亚基ZmRPABC5b调控胚乳灌浆的新机制，通过O2-ZmRPABC5b-RNAPs为中心的转录调控网络来快速调控激素平衡、细胞增殖和淀粉合成等灌浆期的重要生物学过程。同时研究解析了ZmRPABC5b及其同源基因在禾本科作物遗传进化过程中的特殊性，并分析了玉米中两个同源基因ZmRPABC5b和ZmRPABC5a（编码序列高度相似）表达量差异原因、驯化过程中人工选择及其功能冗余性，该机制的研究为植物中亚功能化（重复基因的两个拷贝各自分担祖先基因的部分功能而存留于基因组中的过程）方面提供了重要参考。本文研究拓展了RNA聚合酶（RNAPs）共有亚基在调控植物生长发育过程中的功能及其作用机理，为进一步提高玉米产量和改良玉米品质提供了新基因资源和理论基础。

玉米胚乳发育是籽粒产量和品质形成的基础，胚乳灌浆是一个生物合成储存的过程。通过该过程，玉米籽粒中最终合成淀粉和储藏蛋白，淀粉粒和蛋白体会填充胚乳细胞。胚乳体积由胚乳细胞数目和细胞大小决定，二者直接影响籽粒重量和品质。

该研究克隆了玉米籽粒发育缺陷突变体的功能基因 Dek701 ，发现其编码的ZmRPABC5b是RNA聚合酶I、II和III的共有亚基（图1）。该基因突变导致三种RNA聚合酶功能缺失，严重影响RNA生物合成、植物激素反应和淀粉积累相关基因的转录，进而影响玉米胚乳中的细胞增殖和激素水平（图2）。同时研究解析了ZmRPABC5b及其同源基因在禾本科作物遗传进化过程中的特殊性和表达差异，进一步研究发现，该基因的表达受转录因子Opaque2调控，后者与该基因启动子结合，在玉米驯化过程中其启动子受到强烈的人工选择（图1）。本研究工作所揭示的玉米发育调控新机制，对玉米高产优质育种具有重要借鉴意义。

该研究首次揭示了玉米籽粒灌浆期RNA聚合酶（RNAPs）共有亚基在调控胚乳灌浆过程中的功能及其分子机理，建立了以O2-ZmRPABC5b-RNAPs为中心的转录调控网络模型，偶联了胚乳灌浆和细胞增殖等多个生物学过程，为培育高产玉米奠定了理论基础。

论文第一作者为中国农业大学陈全全副教授，通讯作者为中国农业大学王建华教授、顾日良教授和中国农科院作科所刘允军副研究员。中国农业大学李莉副教授、杜雪梅副教授、作科所王国英研究员、付俊杰研究员参与了此项工作。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金资助、中央本级重大增减支项目以及现代农业产业技术体系等项目的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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