玉米AGPase亚基组合模式和调控功能位点研究

AGPase是玉米淀粉生物合成的限速酶，为淀粉合成提供糖基。目前对于玉米AGPase亚基组合模式和调控因子PGA和Pi的功能位点鲜有报道。本研究以高淀粉含量玉米骨干自交系08-641为材料，在前期研究AGPase各基因时空表达规律的基础上，通过免疫印迹和酵母双杂交等方法，阐明AGPase各亚基的组织细胞定位及其在不同组织器官不同生长发育阶段组合模式。在初步明确PGA和Pi对AGPase活性调控特性的基础上，通过随机突变确定调控因子PGA和Pi在AGPase酶各亚基上的功能位点，并筛选优异突变类型。通过本项目研究，不但可以明确玉米AGPase在不同组织不同发育阶段的亚基组合模式和PGA和Pi对其活性的初步调节机制，而且为进一步利用AGPase各基因通过分子调控手段进行玉米淀粉含量和品质改良奠定基础

AGPase是玉米淀粉生物合成的限速酶，为淀粉合成提供糖基。本研究以高淀粉玉米骨干自交系08-641为材料，采用半定量和定量RT-PCR、基因融合表达等方法，分析了编码玉米AGPase各亚基基因的表达特性和各亚基的亚细胞定位、亚基组合模式及PGA和Pi的调控位点。结果表明这些基因不仅具有组织表达特异性，而且具有生长发育阶段表达特异性，在胚乳的不同发育阶段起主导作用的AGPase具有不同组合形式。bt2a仅在胚乳中表达，bt2b在胚乳、胚、根和叶片中都有表达，且在叶片中的表达量最高；embryoS也在四个组织中均有表达，在胚和叶片中表达量很高；leafS在叶片中表达量高，在胚和胚乳中表达量较低，在根中没有表达；sh2在胚乳中特异表达；leafL在叶片中大量表达，在胚乳中少量表达，在根和叶片中不表达。sh2和bt2a的表达峰值出现在20DAP, embryoL和embryoS具有相似的表达模式，其表达峰值出现在15DAP，这与胚乳淀粉积累规律呈现相同的趋势。亚细胞定位结果显示，BT2a和SH2a存在于胞质中，其余亚基存在于质体中。亚基组合模式分析显示，SH2/BT2、SH2/LEAfS、SH2/EMBS、EMBL/EMBS、LEAFL/LEAFS和 EMBL/LEAFS 6种组合形式具有活性，其它组合形式没有活性，BT2b与任何大亚基进行组合都没有活性。胚乳中的AGPase活性主要存在于细胞质中，其组合模式为SH2/BT2，胚中的活性AGPase亚基组合中必需有EMBS，而叶片中的活性AGPase亚基组合中必需有LEAFL。AGPase受PGA和Pi调控的重要位点和区域的确切功能及其作用机制还有待深入研究。该项目研究结果不仅有助于阐明淀粉合成分子机理，还为实现人工控制玉米淀粉生物合成，提高玉米产量提供理论依据。