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公司新闻/正文
海狸磁珠助力研究玉米突变体，为谷物增产提供新思路
1004 人阅读发布时间：2022-09-20 17:00
研究背景
被子植物的种子包含两个子实体，即胚乳和胚胎，它们的发育在单子叶植物和双子叶植物中明显不同。这两类植物的种子发育均需通过传递层细胞的壁内突来吸收母本的营养物质，不同之处在于单子叶植物种子中为发达的棒状壁内突，而双子叶植物种子中为乳突状壁内突。壁内突的形成与纤维素合成酶（CESA）复合物（CSC）有关。然而，我们对造成这些不同结果的控制机制还知之甚少，目前还不清楚是否有一个特定的CESA或CSC来介导壁内突的形成。
论文解析
2022年， 中国农业大学宋任涛教授团队在THE PLANT CELL （IF=12.08）在线发表文章“ENB1 encodes a cellulose synthase 5 that directs synthesis of cell wall ingrowths in maize basal endosperm transfer cells”。 文章描述了通过对玉米（Zea mays）突变体 endosperm breakdown1（ENB1）的研究， 阐述了ENB1的表达会导致其中典型的长期型胚乳（PE）在果核发育过程中被急剧降解。研究者通过对ENB1突变体的图位克隆，将ENB1或enb1 CatD对应的ENB1或enb1 ORF的1,015-2,523-bp区域被克隆到含有N端His标签和触发因子（TF）伴侣蛋白可溶性标签的pCold-TF DNA载体。随后在大肠杆菌Rosetta (DE3)中表达后使用BeaverBeads® His-tag蛋白纯化磁珠（IDA-Nickel；cat. no. 70501-5）纯化重组蛋白并使用微尺度热位移测定验证了ENB1编码一个玉米纤维素合成酶5（CESA5）。该酶主要在胚乳细胞的基部胚乳转移层（BETL）表达，该基因指导了转移细胞中肋骨状细胞壁内突(CWI)的合成。DNA测序显示ENB1突变体在enb1等位基因的第13外显子中含有一个G到A的突变，造成WT和enb1等位基因之间的氨基酸（aa）替换（G780R）差异。13C-蔗糖脉冲标记分析表明有缺陷的CWI会导致BETL细胞中CWI的形成急剧减少从而大幅度降低其吸收蔗糖的功能从而导致胚乳降解。此外，蔗糖通过转移细胞特异性转录因子（MRP1）诱导ENB1合成，蔗糖诱导的ENB1合成增强了蔗糖从母本植物到胚乳的转运维持籽粒中长期型的胚乳。过量表达的 ENB1可以进一步增强蔗糖输入并增加种子重量，为谷物作物的产量提高提供了一个新的策略。
图1.ENB1诱导胚乳分解
图2. 底物结合ENB1和ENBG780R（enb1）与底物UDP-Glc的结合试验
被子植物的种子包含两个子实体，即胚乳和胚胎，它们的发育在单子叶植物和双子叶植物中明显不同。这两类植物的种子发育均需通过传递层细胞的壁内突来吸收母本的营养物质，不同之处在于单子叶植物种子中为发达的棒状壁内突，而双子叶植物种子中为乳突状壁内突。壁内突的形成与纤维素合成酶（CESA）复合物（CSC）有关。然而，我们对造成这些不同结果的控制机制还知之甚少，目前还不清楚是否有一个特定的CESA或CSC来介导壁内突的形成。
论文解析
2022年， 中国农业大学宋任涛教授团队在THE PLANT CELL （IF=12.08）在线发表文章“ENB1 encodes a cellulose synthase 5 that directs synthesis of cell wall ingrowths in maize basal endosperm transfer cells”。 文章描述了通过对玉米（Zea mays）突变体 endosperm breakdown1（ENB1）的研究， 阐述了ENB1的表达会导致其中典型的长期型胚乳（PE）在果核发育过程中被急剧降解。研究者通过对ENB1突变体的图位克隆，将ENB1或enb1 CatD对应的ENB1或enb1 ORF的1,015-2,523-bp区域被克隆到含有N端His标签和触发因子（TF）伴侣蛋白可溶性标签的pCold-TF DNA载体。随后在大肠杆菌Rosetta (DE3)中表达后使用BeaverBeads® His-tag蛋白纯化磁珠（IDA-Nickel；cat. no. 70501-5）纯化重组蛋白并使用微尺度热位移测定验证了ENB1编码一个玉米纤维素合成酶5（CESA5）。该酶主要在胚乳细胞的基部胚乳转移层（BETL）表达，该基因指导了转移细胞中肋骨状细胞壁内突(CWI)的合成。DNA测序显示ENB1突变体在enb1等位基因的第13外显子中含有一个G到A的突变，造成WT和enb1等位基因之间的氨基酸（aa）替换（G780R）差异。13C-蔗糖脉冲标记分析表明有缺陷的CWI会导致BETL细胞中CWI的形成急剧减少从而大幅度降低其吸收蔗糖的功能从而导致胚乳降解。此外，蔗糖通过转移细胞特异性转录因子（MRP1）诱导ENB1合成，蔗糖诱导的ENB1合成增强了蔗糖从母本植物到胚乳的转运维持籽粒中长期型的胚乳。过量表达的 ENB1可以进一步增强蔗糖输入并增加种子重量，为谷物作物的产量提高提供了一个新的策略。
图1.ENB1诱导胚乳分解
图2. 底物结合ENB1和ENBG780R（enb1）与底物UDP-Glc的结合试验