近日，中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院上海植物生理生態(tài)研究所巫永睿研究組的研究成果，以 The maize imprinted gene Floury3 encodes a PLATZ protein required for tRNA and 5S rRNA transcription through interaction with RNA polymerase III 為題發(fā)表在 The Plant Cell 上。該研究克隆和功能解析了經(jīng)典玉米胚乳粉質(zhì)突變體 floury3，發(fā)現(xiàn)該基因編碼一個 PLATZ（plant AT-rich sequence- and zinc-binding）蛋白。Floury3 特異在胚乳淀粉細(xì)胞中表達(dá)，與 RNA 聚合酶 III 復(fù)合體關(guān)鍵成員 RPC53 和 TFC1 互作，參與 tRNA 和 5S rRNA 轉(zhuǎn)錄調(diào)控，調(diào)控胚乳發(fā)育和儲存物質(zhì)合成。該研究是首次關(guān)于植物特有 PLATZ 轉(zhuǎn)錄因子家族遺傳和功能的報道。

巫永睿研究組長期從事玉米胚乳發(fā)育與產(chǎn)量品質(zhì)的研究工作。研究組通過開展影響玉米胚乳發(fā)育與產(chǎn)量、品質(zhì)形成的關(guān)鍵基因克隆與功能解析，揭示調(diào)控胚乳發(fā)育的新機(jī)制，拓展優(yōu)質(zhì)蛋白玉米育種的分子路徑。floury3 是一個經(jīng)典玉米胚乳半顯性突變體，千粒重比野生型下降近 60%，但營養(yǎng)和生殖生長沒有明顯影響。巫永睿研究團(tuán)隊(duì)克隆 Floury3 基因，發(fā)現(xiàn)該基因編碼一個 PLATZ 家族蛋白。fl3 蛋白的 PLATZ 結(jié)構(gòu)域的 Asn/His 氨基酸替換導(dǎo)致顯性突變。Fl3 特異在胚乳組織中表達(dá)，約 90% 以上的轉(zhuǎn)錄本來自于母本，偏離在胚乳中正常的母本父本之比 2:1。同時，父本基因組中的 Fl3 基因啟動子也被發(fā)現(xiàn)具有更高的甲基化水平。這證明，F(xiàn)l3 是一個新發(fā)現(xiàn)的玉米印跡基因，主要由母本表達(dá)，導(dǎo)致 fl3 的顯性突變表現(xiàn)為半顯性遺傳效應(yīng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用酵母雙雜交篩選，F(xiàn)L3 可以與 RNA 聚合酶 III 轉(zhuǎn)錄復(fù)合體中的 RPC53 和 TFC1 互作。RNA 聚合酶 III 下游的 5S rRNA 和 tRNA 的轉(zhuǎn)錄本在突變體中顯著降低，這說明突變 fl3 蛋白直接參與，并負(fù)面影響了 RNA 聚合酶 III 的轉(zhuǎn)錄。對 fl3 胚乳進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)物質(zhì)儲藏相關(guān)基因的表達(dá)在突變體受到影響。PLATZ 是植物特有轉(zhuǎn)錄因子家族，自 2001 年豌豆中該家族第一個基因序列被克隆以來，這個轉(zhuǎn)錄因子家族的遺傳突變體和功能始終未見報道?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)L3 和其它 PLATZ 成員可能存在功能冗余，fl3 突變體能被克隆和進(jìn)行功能研究得益于該基因的顯性突變，這是遺傳上研究功能冗余最有效的方法之一。

該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金委，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中科院分子植物卓越中心和青年千人計劃的資助。