中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物所發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)線粒體穩(wěn)定性維持和玉米籽粒發(fā)育的新基因

　　近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物所作物代謝調(diào)控與營養(yǎng)強化團隊發(fā)現(xiàn)一個玉米籽粒發(fā)育相關(guān)基因CNS1，編碼P亞型的PPR（三十五肽重復(fù)）蛋白，研究解析了該基因的功能及其作用機制，明晰了其與玉米籽粒發(fā)育的關(guān)系。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際著名期刊《植物生理學(xué)（Plant Physiology）》。

 

　　玉米籽粒發(fā)育直接影響玉米產(chǎn)量，涉及復(fù)雜的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，包括線粒體基因的表達。線粒體作為一個半自主細胞器為籽粒發(fā)育提供能量，線粒體功能缺陷會導(dǎo)致生長緩慢和形態(tài)異常甚至停滯發(fā)育等問題。已有研究中發(fā)現(xiàn)P亞型PPR蛋白是一種靶向線粒體的RNA結(jié)合蛋白，具有RNA剪切、編輯和維持線粒體編碼基因轉(zhuǎn)錄本3?末端穩(wěn)定性三類功能。

 

　　本研究自一個玉米籽粒發(fā)育缺陷突變體中克隆得到一個新基因CNS1，編碼的PPR蛋白能夠直接結(jié)合線粒體復(fù)合體III的關(guān)鍵基因ccmFN轉(zhuǎn)錄本AUG上游的特定序列，從而保護其5?末端的完整性?；虮容^分析發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，突變體中ccmFN轉(zhuǎn)錄本5?末端發(fā)生嚴重缺失，進而影響了復(fù)合體III的裝配和功能，導(dǎo)致線粒體形態(tài)、功能異常和能量供應(yīng)不足，產(chǎn)生籽粒發(fā)育缺陷的表型。本研究首次報道了PPR蛋白具有維持線粒體基因5‘末端穩(wěn)定性的功能，拓展了對P型PPR蛋白及其調(diào)控線粒體功能的認知，有助于揭示玉米籽粒發(fā)育機理，為玉米產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的遺傳改良提供了新思路。

 

　　生物所作物代謝調(diào)控與營養(yǎng)強化創(chuàng)新團隊博士生馬帥為論文的第一作者，周曉今副研究員和陳茹梅研究員為共同通訊作者。該論文獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項的資助。

 

　　論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiac086/6537556