【摘 要】
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PRRs基因家族是生物钟中央振荡器的重要组成部分,在玉米光周期调控网络中发挥重要作用。为探究玉米PRRs家族成员ZmPRR1-2基因的结构特征及表达规律,本试验选取玉米自交系CML288(光周期敏感型)和自交系黄早4(光周期钝感型)为材料,分别克隆了CML288和黄早4中ZmPRR1-2基因的DNA、c DNA和启动子序列,并对克隆得到的序列进行比对和生物信息学分析,利用q RT-PCR技术对Zm
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(U2004153); 河南省重点研发与推广专项(科技攻关)项目(202102110010);
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PRRs基因家族是生物钟中央振荡器的重要组成部分,在玉米光周期调控网络中发挥重要作用。为探究玉米PRRs家族成员ZmPRR1-2基因的结构特征及表达规律,本试验选取玉米自交系CML288(光周期敏感型)和自交系黄早4(光周期钝感型)为材料,分别克隆了CML288和黄早4中ZmPRR1-2基因的DNA、c DNA和启动子序列,并对克隆得到的序列进行比对和生物信息学分析,利用q RT-PCR技术对ZmPRR1-2在玉米中的组织特异性表达、不同发育时期的表达及不同光周期处理下的昼夜节律表达进行研究。主要结果如下:(1)通过克隆获得了两个玉米材料中ZmPRR1-2基因的DNA和c DNA序列,并进行序列比对和生物信息学分析。结果显示:黄早4中ZmPRR1-2基因从起始密码子ATG到终止密码子TAG的DNA序列长为2711 bp;CML288的DNA序列长为2310 bp。序列比对发现,CML288的DNA序列在第一个内含子中缺失一段长为417 bp的序列。黄早4和CML288中ZmPRR1-2基因的CDS序列长度均为1554 bp,共编码517个氨基酸,含有1个REC结构域和1个CCT结构域;序列比对分析发现两种材料CDS区的单碱基差异造成了7处氨基酸序列改变,其中第475个氨基酸由L(亮氨酸)变成了P(脯氨酸),且该差异在CCT结构域内,另外IR结构域内有4处氨基酸差异。(2)通过克隆获得两个玉米材料中ZmPRR1-2基因的启动子序列,经序列比对、顺式作用元件预测及转录结合位点预测,结果显示:黄早4和CML288中克隆获得的启动子序列长度分别为2825 bp和2592 bp。两条序列在ATG上游920 bp内相对保守,920 bp上游的序列差异较大,如:CML288的启动子中缺少Box 4、Box II、GATA-motif和TCT-motif等光响应元件,黄早4中缺少chsCMA2a、TGA-element、HD-Zip 1等功能元件,两个材料在此区域中所包含的元件种类、个数及位置均有不同程度的差异。在黄早4和CML288的启动子序列中均包含TCP、b HLH和MYB等与开花调控有关的转录因子家族的结合位点。但黄早4的启动子中缺少CAMTA、LFY和RAV基因家族的结合位点;CML288缺少AP2、ARR-B、CPPB3等基因家族的转录因子结合位点。(3)采用实时荧光定量PCR技术在黄早4中进行了ZmPRR1-2基因在玉米不同组织和不同发育时期的表达分析。结果显示:ZmPRR1-2基因在吐丝期玉米叶片中的表达量显著高于其他7个组织,在花丝和果穗中的表达量相对较低,表明该基因主要在叶片中发挥功能;ZmPRR1-2基因在第11(拔节期)及15片展开叶(喇叭口期)中的表达量相对较高,该基因可能参与营养生长向生殖生长的转化调控。(4)在不同的日照处理下,进行了不同光周期敏感性材料中ZmPRR1-2基因的昼夜节律表达分析,结果显示:在不同敏感性材料中,短日照处理下ZmPRR1-2基因均在光照结束后3 h(20点)达到表达高峰,长日照处理下在光照结束时(23点)即可达到表达高峰,长日照处理下ZmPRR1-2基因的起始表达时间及表达高峰时间相对于短日照条件下向后推迟了3 h,且在两种日照处理下ZmPRR1-2基因均以24 h为一个周期进行节律表达。综上所述,ZmPRR1-2基因可能在玉米生物钟调控中发挥重要作用,其分子机制和生化机理值得进一步深入探讨。
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