本研究揭示了ZmMETTL3基因在植物抗旱性调控中的作用,属于基因工程领域。研究发现ZmMETTL3基因负向调控玉米抗旱性,通过敲除该基因可显著增强玉米的抗旱能力。利用CRISPR/Cas9技术,成功获得三种ZmMETTL3基因敲除突变体,为玉米抗旱性能改良提供了宝贵的表观遗传资源,并为培育抗旱新品种提供了新的生物材料。
背景技术
玉米是重要的粮食作物,同时也是重要的经济、饲料和能源作物。但是由于我国地势以及降水的不均衡,使得玉米在生长发育过程中经常会遭受各种各样的非生物胁迫,从而导致玉米的产量大幅下降。在非生物胁迫中,干旱胁迫已经成为制约玉米产量提高的重要因素之一。因此,挖掘玉米耐旱基因以及培育出耐旱高产的玉米新品种对于保障粮食安全具有重要意义。
N6-甲基腺苷(m6
A)是指RNA分子的A碱基第六位的N元素上加上一个甲基基团的修饰方式,它在调节真核生物遗传信息多样性上发挥着重要的功能。研究表明,m6
A的修饰能够影响植物胚胎发育、叶片和花器官生长以及顶端优势和愈伤组织的分化,同时还参与果实的成熟和植物非生物胁迫的响应等过程。
RNA中的m6
A修饰通常是一个动态可逆的过程,这一过程主要由甲基转移酶(writers)、去甲基转移酶(erasers)和甲基识别蛋白(readers)这三类蛋白共同调控。甲基转移酶可以将S-腺苷甲硫氨酸(SAM)的甲基基团(CH3
)添加到RNA腺嘌呤核苷酸的第6位氮原子上,而去甲基转移酶则能够将RNA上的甲基基团(CH3
)还原为H原子。m6
A甲基转移酶被认为是一类由多种蛋白组成的大分子复合物,并在1994年从人类HeLa细胞中分离纯化。在随后的研究中,研究人员利用多种方法分离得到了MT-A和MT-B,其中MT-A分子量大小约为200kDa,能够结合SAM。近年来,随着分子生物学技术的不断发展,在动物中m6
A甲基转移酶复合物的其他组分也不断被鉴定出来,例如METTL3、METTL14和WTAP等。METTL3的功能蛋白为MT-A,能够与SAM结合进而催化RNA的甲基化,是RNA甲基转移酶的核心成分,METTL14和METTL3高度同源,其功能蛋白为MT-B,能够与MT-A通过氢键相互作用形成稳定的异源二聚体,增加MT-A的催化活性。WTAP与METTL3和METTL14不同,其不能直接参与到催化作用,但能够帮助METTL3/METTL14复合体定位到核斑,进而调控RNA的m6
A甲基化过程。
关于RNA甲基转移酶在植物中的研究在最近10年才逐渐兴起,而其在农作物响应非生物胁迫方面的功能研究甚少。因此,在玉米中开展RNA甲基转移酶相关基因参与干旱胁迫应答的研究,对于玉米抗旱种质资源改良有重要的意义。
实现思路