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玉米是重要的粮食作物,种子质量的好坏直接决定着其粮食产量,并影响后续生产,所以对其种子发育分子机理的研究具有重大意义。本论文研究的两个基因Emb23和Emp6突变后都严重影响了玉米种子的发育。对这两个基因功能的研究,将有助于加深对种子发育调控的认识,并为育种提供理论支持。经过与宿主细胞的共进化,叶绿体和线粒体中有很多基因都漂移到了核基因组中,同时它们的基因表达也都需要核编码的蛋白协助完成。植物叶绿体有59个RPs(ribosomal proteins),分别由核基因组编码和叶绿体基因组编码,核糖体蛋白与rRNA有序的组装成核糖体的大小亚基,然后起始翻译过程。PORR(plant organelle RNA recognition)蛋白是近几年发现的一类RNA结合蛋白,分布于叶绿体或线粒体中,主要参与这两个细胞器基因内含子的剪接过程,帮助基因的正常表达。虽然PORR蛋白在植物中数量很少,但是它在RNA剪接过程中是必不可少的。从玉米种子突变体库UniformMu中得到的emb23突变体,杂合体玉米经自交授粉后,发现果穗上籽粒出现胚致死(emb,embryo defective)的表型,且子代分离比为3:1,说明emb23突变体是隐性的核基因突变体。通过对玉米种子石蜡切片的观察,emb23基因的突变严重影响了种子胚的发育,但对胚乳的发育影响很小。通过高通量测序的方法,我们克隆了Emb23基因,该基因全长591bp,没有内含子,编码一个196个氨基酸的蛋白。根据BLAST结果分析,Emb23编码RPL10(Ribosome Protein Large 10)蛋白。基因表达模式分析显示,Emb23基因在各个组织中广泛表达。通过EMB23-GFP融合蛋白在烟草细胞的瞬时表达,发现EMB23蛋白定位于叶绿体中。因此EMB23可能是作为叶绿体核糖体蛋白,参与叶绿体翻译过程。在emb23突变体中,由于翻译过程异常导致质体功能受到影响,从而抑制了玉米种子胚的发育。Emp6是2014年报道的基因,其全长229 1bp,编码一个408个氨基酸的PORR蛋白。emp6突变体籽粒呈现严重的emp(empty pericarp)表型,表现为胚和胚乳的发育受到严重的影响,同时BETL细胞急剧减少,最终导致种子死亡。UniformMu突变体库中有三个Emp6基因的等位突变体,通过不同等位突变体之间的杂交,确定其表型和基因型是紧密连锁的。亚细胞定位发现,EMP6蛋白定位于线粒体中,但是Emp6基因如何影响种子的发育却没有研究清楚。根据PORR蛋白的RNA识别特性,我们推测Emp6参与了前体mRNA的转录后加工过程。因此,我们首先利用RT-PCR方法检测了突变体线粒体内含子的剪接情况,发现nad4的内含子1和nad1的内含子3、4没有正常剪接。Blue Native Page和Western Blot实验结果显示,突变体中线粒体电子传递链复合物Ⅰ的组装异常,活性缺失,并且交替氧化酶AOXs在转录水平和蛋白水平的表达都上调,这些结果都说明在emp6突变体中,复合物Ⅰ的活性缺失,影响了电子传递的NADH途径,并由此激活了交替氧化途径。因此我们可以得出结论,由于emp6突变体内含子剪接功能的缺失,导致电子传递链上复合物Ⅰ的组装异常,使氧化磷酸化不能正常进行,从而能量供给不足,最终影响了种子发育。以上的研究将有助于我们明确两个玉米籽粒发育突变体的表型以及突变基因作用的分子机理等,使我们距离构建玉米籽粒发育调控分子网络的长期目标更进一步。