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玉米作为重要的粮食和饲料作物对人类以及动物的营养来源有非常重要的影响；同时，玉米作为高等植物的一种模式物种，在人类探究植物乃至生物的各种生命活动的过程中，具有重要的科研价值。玉米籽粒生物学(Kernel Biology)研究涉及玉米籽粒的结构、胚胎发育、胚乳发育、胚乳淀粉合成和籽粒储藏蛋白等方面。玉米籽粒突变体(Kernel Mutant)的研究为籽粒发育理论的完善和新品种玉米的研发选育奠定了基础。
2014年4月，植物学著名期刊《Plant Physiology》（《植物生理学》，Five-Year Impact Factor: 7.084）报道了我校生命科学学院2012级硕士研究生王冠同学的研究论文“Identification and characterization of maize floury4 as a novel semi-dominant opaque mutant that disrupts protein body assembly”，该文在导师宋任涛教授的指导下，在青年教师祁巍巍博士及实验室其他成员共同帮助下，成功解析了玉米中一个新的半显性籽粒突变体floury4（fl4）的功能。floury4籽粒具有醇溶蛋白显著下降，赖氨酸含量显著上升的生化特点，并且其胚乳细胞中具有小而畸形的蛋白体（储藏蛋白的主要储藏形式）。文章指出fl4的突变表型是由一个重要储藏蛋白家族中一个突变的醇溶蛋白引起的，该醇溶蛋白的信号肽剪切位置发生了突变，使信号肽剪切受阻，从而影响了蛋白的翻译后加工过程。同时，免疫电镜结果表明fl4参与了蛋白体的装配并打乱了醇溶蛋白在蛋白体中原有的空间分布。fl4蛋白的存在也诱发了细胞内的一系列应激反应，如内质网应激反应（ER stress）、细胞程序性死亡（PCD）等。这些结果对由信号肽有缺陷的醇溶蛋白引起的细胞反应有了更深入的研究。这个突变也造成了籽粒储藏蛋白的比例变化，使得玉米籽粒的蛋白品质得到改善。
2014年6月，植物学领域顶级期刊《The Plant Cell》（《植物细胞》，Five-Year Impact Factor: 10.125）接收了我校生命科学学院王刚副教授的最新研究论文“Proline responding 1 Plays a Critical Role in Regulating General Protein Synthesis and the Cell Cycle in Maize”，该研究为王刚副教授带领其2011级硕士研究生张举善共同完成。该研究在宋任涛教授及实验室其他成员的协助下，对玉米经典突变proline responding1 (pro1)基因进行了克隆和功能解析。pro1作为玉米中第一个被发现的营养缺陷型突变而被广泛研究。玉米Pro1基因编码一个△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)，它是催化以谷氨酸为前体合成脯氨酸过程中的限速酶。Pro1基因功能的丧失，造成突变体中脯氨酸合成与积累的下降。脯氨酸的缺乏造成pro1突变体细胞中空载tRNApro AGG累积，由此引发真核生物翻译起始因子2的α亚基(eIF2α)磷酸化，造成突变体中蛋白合成的普遍下降。Pro1基因作为玉米中合成脯氨酸过程的关键酶，对玉米生理生化的影响是多方面且重要的。脯氨酸作为一种重要氨基酸，它的信号分子作用会涉及细胞内部多种多样的生理平衡和生化过程：通过GCN2，mTOR等与氨基酸缺乏偶合的调控环节，可改变细胞原有的基因表达模式，涉及蛋白合成与细胞周期等生命活动，诱导细胞进入修复，停滞或凋亡的模式。Pro1基因功能的解析，有助于了解脯氨酸在植物生长与发育中的调控作用机理，进而更全面地理解它在细胞生命活动过程中的重要作用，使人们对脯氨酸的功能有了新的认识。
上述研究工作得到国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重大研究计划重点课题和科技部973课题等的资助。
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