巫永睿研究组发现植物新转录因子家族PLATZ参与玉米胚乳发育与灌浆

2017年9月5日，《The Plant Cell》杂志在线发表了我所巫永睿研究组题为“The maize imprinted gene Floury3 encodes a PLATZ protein required for tRNA and 5S rRNA transcription through interaction with RNA polymerase III”的研究论文。该研究克隆和功能解析了经典玉米胚乳粉质突变体floury3，发现该基因编码一个PLATZ（plant AT-rich sequence- and zinc-binding）蛋白。Floury3特异在胚乳淀粉细胞中表达，与RNA聚合酶III复合体关键成员RPC53和TFC1互作，参与tRNA和5S rRNA转录调控，从而调控胚乳发育和储存物质合成。该研究是首次关于植物特有PLATZ转录因子家族遗传和功能的报道。

巫永睿研究组长期从事玉米胚乳发育与产量品质的研究工作。该研究组通过开展影响玉米胚乳发育与产量、品质形成的关键基因克隆与功能解析，揭示调控胚乳发育的新机制，拓展优质蛋白玉米育种的分子路径。floury3是一个经典玉米胚乳半显性突变体，千粒重比野生型下降近60%，但营养和生殖生长没有明显影响。巫永睿研究团队克隆了Floury3基因，发现该基因编码一个PLATZ家族蛋白。fl3蛋白的PLATZ结构域的Asn/His氨基酸替换导致了显性突变。Fl3特异在胚乳组织中表达，并且约90%以上的转录本来自于母本，偏离在胚乳中正常的母本父本之比2:1。同时父本基因组中的Fl3基因启动子也被发现具有更高的甲基化水平。这些结果证明Fl3是一个新发现的玉米印迹基因，主要由母本表达，所以导致fl3的显性突变表现为半显性遗传效应。利用酵母双杂交筛选，该研究组发现FL3可以与RNA聚合酶III转录复合体中的RPC53和TFC1互作。RNA聚合酶III下游的5S rRNA和tRNA的转录本在突变体中也显著降低，说明突变fl3蛋白直接参与并负面影响了RNA聚合酶III的转录。对fl3胚乳进行转录组分析发现营养物质储藏相关基因的表达在突变体受到严重影响。PLATZ是植物特有转录因子家族，自2001年在豌豆中该家族第一个基因序列被克隆以来（Nagano, et al. 2001, Nucleic Acids Research）,这个转录因子家族的遗传突变体和功能始终未见报道。我们发现FL3和其它PLATZ成员可能存在功能冗余，fl3突变体能被克隆和进行功能研究得益于该基因的显性突变，这是遗传上研究功能冗余最有效的方法之一。

博士研究生黎颀、王婕琛副研究员和叶建伟助研为本工作共同第一作者。博士研究生郑喜喜，四川省农科院生物技术核技术研究所的向小利博士，和沈阳农业大学农学院博士研究生李长生等也合作参与了该项工作。该项工作得到了国家自然科学基金委，中科院先导A和B专项、中科院分子植物卓越中心和青年千人计划的资助。