玉米小种子突变体smk2中的基因克隆与功能分析

粮食作物的产量取决于种子的大小和单位面积种子的数量，因此探讨种子发育的机制，特别是与种子大小相关基因的调控机制不仅是一个植物学的根本问题，也是分子育种提高产量的重要基础。从双受精到成熟的胚和胚乳，种子发育需要许多基因的参与。而小种子突变体则是解析和发掘种子发育关键基因的重要材料。我们利用 Mu转座子技术在玉米中分离了一系列种子发育突变体,其中smk2(small kernel 2)突变体种子只有野生型的1/2至3/4大小，单基因隐性遗传，纯合致死。通过DNA杂交共分离分析，我们克隆了Smk2基因，并在7个smk2 等位基因突变体中得以证实。本项目将运用分子生物学和遗传学的方法对Smk2编码蛋白质的功能、细胞定位、表达及如何调节胚和胚乳发育进行深入研究，并探讨提高Smk2在玉米和水稻中的表达对种子发育和大小的影响。因此，本项目研究既有生物学意义，也有潜在的应用价值。

粮食作物的产量取决于种子大小和单位面积种子的数量，种子大小由发育机制决定。因此探讨种子发育的机制,特别是与种子相关基因的调控机制不仅是一个植物学的根本问题，也是分子育种提高产量的重要基础。我们从玉米UniformMu突变体库分离了一个小种子突变体smk2。smk2突变体大小只有正常种子的1/2到3/4。通过DNA杂交共分离分析，我们发现smk2的种子发育缺陷是Mutator转座子插入到一个谷氨酰胺酶造成的。谷氨酰胺酶是谷氨酰胺转移酶复合物的一个亚基，参与维生素B6（VitB6）的合成。酵母及拟南芥中谷氨酰胺酶都是由Pdx2基因编码的。Smk2基因的突变使玉米胚的发育阻断在过渡期，同时也阻碍了胚乳的发育。Smk2基因可以回补酵母Pdx2突变体MML21，也可以回补拟南芥Pdx2突变体pdx2.1，说明Smk2基因和酵母及拟南芥Pdx2的功能是相同的。外源施加VitB6使smk2突变体的胚可以继续发育到胚芽鞘期，说明正是由于VB6的缺乏使smk2胚发育受阻。通过RNA原位杂交试验，我们发现Smk2基因在过渡期的末期大量累积，表明这个时期的胚发育需要大量VitB6。这项工作揭示了VitB6调控玉米胚和胚乳发育的分子基础，为作物分子育种提供了理论支持。