玉米具有广泛的使用价值,如食用价值、工业价值、药用价值和再生产价值等,所以研究玉米的发育过程不仅可以清楚玉米生物本身发育的机制,而且对实际生产也有十分重要的意义。本论文研究的两个基因在玉米生长发育中起着不可或缺的作用,对这两个基因进行深入研究,可以使我们更清楚的了解玉米的发育调控。叶绿体属于半自主性细胞器,拥有自身基因组,叶绿体前体的翻译功能在W22背景玉米种子的胚发育中起着至关重要的作用。其核糖体由自身基因编码蛋白和细胞核基因编码蛋白共同组成。其中核编码的核糖体蛋白在细胞质中翻译完成以后,运输到叶绿体中,与叶绿体自身编码的核糖体蛋白及核糖体RNA(rRNA)组装成为成熟的核糖体并行使功能。另外,玉米叶绿体基因在表达过程中,需要一些核基因组编码蛋白的调控。PPR蛋白家族就是一类由细胞核编码、定位在叶绿体或线粒体中的RNA结合蛋白。PPR蛋白的功能十分广泛,细胞器基因表达的各个步骤都与PPR蛋白相关,包括RNA稳定、RNA降解、RNA剪接、RNA编辑和翻译等过程。我们从UniformMu突变体库中得到了一种胚胎败育(emb)表型的突变体,此种突变体胚发育受阻而胚乳发育正常。通过正向遗传的方法克隆出突变后会引起种子突变的基因,得知该基因全长1398 bp,由3个外显子和2个内含子组成,我们把这一基因命名为Emb6052。该基因突变是由于Mu转座子插入到基因起始密码子后148位,所以将此突变体命名为emb6052-148。我们又从UnioformMu突变体库中获得了由Mu转座子插入到Emb6052基因起始密码子前24位所引起的突变株系,命名为emb6052-n24,此基因突变与白化表型连锁。在NCBI数据库中发现这一基因在细胞核中编码叶绿体RPS13(Ribosome Protein Small 13)蛋白。在烟草中表达EMB6052与GFP融合蛋白后,证明其定位在叶绿体。通过Western Blot检测了emb6052-n24植株中PsaA(光系统Ⅰ复合物),D1(光系统Ⅱ复合物),D2(光系统Ⅱ复合物),AtpB(ATP合成酶),CytF(Cytb6F复合物)等叶绿体复合物组装蛋白的表达情况,结果显示除AtpB蛋白明显减少之外,其他四种叶绿体光合磷酸化复合物组装蛋白完全缺失。Blue Native PAGE检测发现光系统Ⅰ复合物、光系统Ⅱ复合物和Cytb6F复合物在突变体中不能正常组装,之后将BN胶变性、转膜,用AtpB蛋白抗体,通过Western Blot检测,结果显示在突变体中叶绿体复合物ATP合成酶也不能正常组装。以上实验证明,Emb6052编码定位在叶绿体中的核糖体蛋白,该基因的突变将导致叶绿体中核糖体功能缺陷,从而影响了叶绿体蛋白的翻译系统,导致叶绿体功能缺失,影响玉米的正常生长发育。PPR210基因全长1821 bp,仅有一个外显子,突变后会导致玉米发育时出现轻微白化苗表型。ppr210突变体来自UniformMu突变体库,由于该突变株系中Mu转座子的插入位点为起始密码子后683位,所以将其命名为ppr210-683突变株系。将PPR210与GFP融合蛋白在烟草中表达,发现其定位在叶绿体中。PPR210蛋白属于PLS类PPR蛋白,功能是参与质体内的RNA编辑。在PPR210基因不能正常表达后,部分叶绿体基因位点的编辑受到影响,其中atpA mRNA蛋白编码区第1 148位编辑全部丧失,该位点编辑的缺陷使得所编码的氨基酸由亮氨酸变为丝氨酸。由于atpA基因编码蛋白AtpA是叶绿体中ATP合成酶复合物的重要亚基,我们通过蓝色活性胶检测在ppr210-683突变体中ATP合成酶复合物的组装情况,发现其不能正常组装,推断轻微白化表型是由于叶绿体内ATP不能正常合成所引起的。又通过Western Blot在突变体中检测了几个组成叶绿体复合物的重要蛋白,PsaA(光系统Ⅰ复合物)、D1(光系统Ⅱ复合物)、D2(光系统Ⅱ复合物)、AtpB(ATP合成酶)和CytF(Cytb6F复合物)的表达情况。实验结果显示,突变体中PsaA(光系统Ⅰ复合物)蛋白和D1(光系统Ⅱ复合物)蛋白在突变体中表达完全缺失,而D1(光系统Ⅱ复合物)蛋白、AtpB(ATP合成酶)蛋白和CytF(Cytb6F复合物)蛋白表达量明显减少。以上实验表明,PPR210参与叶绿体基因atpA mRNA第1148位的C到U编辑,该编辑位点的缺失导致了 AtpA氨基酸的变化从而影响ATP合成酶复合物的组装及整个叶绿体光系统,进而导致了白化苗表型。综上所述,对上述两个基因功能的揭示及其在叶绿体中作用的深入研究,可以使我们更清晰的了解玉米叶绿体在生长发育中功能,加深了我们对玉米自身生长发育调控的了解,对后续的叶绿体功能探究以及玉米生长发育的研究具有重要意义。