玉米Cupredoxin結構域蛋白ZmSKS13調控種子發(fā)育研究取得新進展（2020.10.10 植物微生物最前線）

SKS基因在單、雙子葉植物中廣泛存在，在擬南芥和玉米基因組中分別有19個和39個家族成員。目前，只有擬南芥中的AtSKU5，AtSKS6和AtSKS13開展了功能研究，發(fā)現(xiàn)其分別參與擬南芥根的向性生長、子葉維管束模式和蚜蟲抗性，SKS家族基因在其它植物物種以及生殖發(fā)育過程中的功能未知。

近日，New?Phytologist在線發(fā)表了山東大學生命科學學院李坤朋課題組題為“ZmSKS13，a?Cupredoxin?Domain-containing?Protein，Is?Required?for?Maize?Kernel?Development?Via?Modulating?Redox?Homeostasis”的研究論文。該論文首次揭示了Skewed5（SKU5）-similar（SKS）蛋白家族成員參與玉米籽粒發(fā)育過程。

本研究通過EMS誘變獲得了一個玉米種子發(fā)育突變體defective?kernel-zk1（dek-zk1），它的籽粒小且干癟，基底轉移層（basal?endosperm?transfer?layer，BETL）和placento-chalazal（PC）層發(fā)育缺陷，淀粉粒形態(tài)異常。圖位克隆揭示了Dek-zk1編碼SKU5?similar13（GenBank：ONM36900.1），命名為ZmSKS13。ZmSKS13在玉米籽粒發(fā)育過程中持續(xù)表達，其編碼蛋白定位于細胞核，功能缺失突變導致NADPH?oxidase家族基因在玉米籽粒中被顯著上調表達、酶活性大幅度增加，促使了reactive?oxygen?species（ROS）的過量累積，誘發(fā)了BETL和PC層細胞的嚴重DNA損傷和代謝紊亂，籽粒發(fā)育缺陷。外施還原性谷胱甘肽和抗壞血酸處理明顯減少了dek-zk1籽粒細胞中的ROS累積，緩解了其DNA損傷程度和籽粒發(fā)育缺陷。

綜上所述，我們通過正向遺傳學的方法鑒定了第一個玉米SKS家族成員ZmSKS13，發(fā)現(xiàn)它作為一個新的調控因子通過調節(jié)ROS穩(wěn)態(tài)在玉米籽粒發(fā)育過程中發(fā)揮關鍵作用。該研究為SKS家族基因在植物生殖發(fā)育過程中的作用提供了新的見解，同時也促進了我們對玉米籽粒發(fā)育遺傳調控網絡的解析。

山東大學生命科學學院植物發(fā)育與環(huán)境適應生物學教育部重點實驗室李坤朋副教授為通訊作者。山東大學生命科學學院已畢業(yè)碩士生張珂、中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心王飛副研究員和山東大學生命科學學院碩士生劉柏妤為共同第一作者。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃和山東省自然科學基金等項目的支持。