上海生科院揭示玉米種子儲存蛋白表達調控的分子機理

　　4月21日，The Plant Cell 雜志在線發表了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所巫永睿研究組題為Transcriptional Regulation of Zein Gene Expression in Maize through the Additive and Synergistic Action of opaque2, Prolamine-Box Binding Factor, and O2 Heterodimerizing Proteins 的研究論文。該研究論文報道了玉米籽粒中表達量最高的種子儲存蛋白——醇溶蛋白表達調控的最新研究進展。

　　玉米作為全世界第一大作物，其種子含有約10%的蛋白質，其中60%以上為醇溶蛋白，通稱為zein。雖然Zein的高水平表達對籽粒胚乳硬度起關鍵性作用，但是它們幾乎不含必須氨基酸——賴氨酸和色氨酸。因此，普通玉米的營養品質很差。Zein作為一類只在玉米胚乳灌漿期特異高表達的種子儲存蛋白，其家族成員根據蛋白序列同源性，分為α，β，γ和δ四大類，上世紀80年代，它們被陸續克隆鑒定。opaque2 (O2)是第一個被鑒定的調控醇溶蛋白表達的轉錄因子(Schmidt et al., 1987)，屬于bZIP轉錄因子家族，通過結合到順式作用元件O2-box (TCCACGT)，啟動22-kD α-zein等的表達(Schmidt et al., 1992)。O2 Heterodimerizing Protein 1 和2 (OHP1和OHP2) 是通過篩cDNA庫鑒定到的另外兩個bZIP轉錄因子，它們能和O2形成異源二聚體，但功能一直不清楚；Prolamin-box Binding Factor （PBF）是第二個被鑒定的調控醇溶蛋白表達的轉錄因子，屬于Dof轉錄因子家族(Vicente-Carbajosa et al., 1997)，該轉錄因子通過結合到順式作用元件P-box (TGTAAAG)，調控27-kD γ-zein表達 (Wu and Messing, 2012)。

　　該研究利用生化和遺傳手段發現OHP1和OHP2通過結合到順式作用元件O2-like box (TTTACGT)，與PBF相互作用共同調控27-kD γ-zein表達。通過構建o2，PbfRNAi 和 OhpRNAi 不同組合的雙突變和三突變，揭示這三個轉錄因子調控了90%的醇溶蛋白表達。該研究結合α-zein和γ-zein在胚乳蛋白體形成過程中的時空表達模式，進一步提出了這三個轉錄因子調控蛋白體形成的分子模型。這一研究進一步推進了人們對玉米籽粒醇溶蛋白合成及其它作物種子儲存蛋白表達調控分子機理的認識。

　　該研究工作在國家自然科學基金（31371630, 91335109和31422040）和中組部青年千人計劃的資助下，由助理研究員張志勇和博士后楊俊在研究員巫永睿指導下共同完成。

　　上海生科院揭示玉米種子儲存蛋白表達調控的分子機理