ZOU基因在调控胚胎发育中的功能研究

胚胎发育与胚乳发育之间的关系，是植物发育中的一个基本问题。但是对于胚乳提供何种信号来协调胚胎发育与胚乳发育至今尚无定论。ZOU基因是第一个发现的同时参与了胚从胚乳中的分离和胚乳降解两个过程的转录调控因子。ZOU在胚乳中特异表达，通过一种有待证实的信号传导系统调控胚的发育。在zou的突变体中，胚发育被过早终止，胚乳和胚无法分离，大量胚乳无法降解。本课题将研究ZOU基因在胚乳调节胚发育中的信号传导系统，发现ZOU基因相关的靶基因，分离参与调节胚和胚乳之间的角质层形成的重要基因。同时我们还将分离水稻中的ZOU基因的同源基因，分析其在种子发育中的作用，研究ZOU相关基因在被子植物种子演化中的功能。

被子植物种子是人类赖以生存的主要食物，这些种子包含双受精产物-胚和胚乳。尽管谷类的种子的胚乳有重要的经济价值，但关于胚乳的降解的调控机制和信号途径却知之甚少。ZHOUPI（ZOU）基因是在拟南芥胚乳中特异表达来促进胚乳细胞凋亡而协调胚胎发育和胚乳发育的一个bHLH转录调控因子，为鉴定拟南芥控制胚乳细胞凋亡发育的新基因提供了工具。.本项目以zou突变体为材料，建立了容量为2万株系的T-DNA插入突变体库和容量为1万M2株系的EMS诱变的突变体库，筛选得到抑制zou突变体种子皱缩的突变体22个。.对于筛选到的抑制zou突变体种子皱缩的2个突变体——spz2（suppssor2 of zou）和spz4（suppssor4 of zou）进行图位克隆和互补实验证实：SPZ2编码一个RNA结合蛋白基因FPA，SPZ4是编码hnRNA结合蛋白的基因UBA2c。表型分析表明,spz2和spz4突变体种皮光滑，种子饱满，胚发育接近于正常野生型发育,而zou突变体胚发育停滞在心形期前后；spz2和spz4突变体的子叶表皮完整，不像zou突变体那样对干旱过于敏感；组织切片和TUNEL实验证实spz2和spz4突变体胚周围的胚乳细胞出现细胞凋亡，而且胚和胚乳之间在心形期开始分离。这些研究证明： SPZ2 和SPZ4突变抑制ZOU突变体种子皱缩的表型是通过促进胚乳细胞的凋亡导致zou突变体停滞发育的胚的持续生长而实现。完成了Col-0、zou4、spz2 zou4和spz4 zou4的转录组测序分析，从转录组水平分析影响胚乳降解的各个因子之间的关系，鉴定到多个表达发生改变的基因。.分别从单子叶的水稻和双子叶的大豆中分离到ZOU基因的同源基因，证实了OsZOU和GmZOU1可以互补zou 突变体的表型；表达模式分析表明：OsZOU 和GmZOU1只在水稻和大豆胚乳中表达，表明在单子叶和双子叶中ZOU基因功能的保守性。.通过本项目的实施，我们建立研究了与ZOU相关的基因的突变体库，筛选到ZOU 基因的抑制突变体22个，克隆SPZ2 和SPZ４基因，首次证实了ＲＮＡ结合蛋白可与ZOU基因一起参与调节胚乳细胞的凋亡；从单子叶的水稻和双子叶的大豆中分离到ZOU基因的同源基因，初步研究了其生物学功能，为了解ZOU 相关基因在被子植物种子中胚乳控制胚发育的信号途径中的功能奠定了基础。