我國研究發(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)院生物技術(shù)研究所作物代謝調(diào)控與營養(yǎng)強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一個編碼P亞型的PPR(三十五肽重復(fù))蛋白的基因CNS1，通過研究解析該基因的功能及其作用機(jī)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《植物生理學(xué)》(Plant Physiology)上。

(玉米cns1突變體的籽粒發(fā)育缺陷表型)

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(dá)。線粒體作為一個半自主細(xì)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。

該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(hù)其5’末端的完整性。基因比較分析發(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(yán)重缺失，進(jìn)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。該研究首次報道了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(rèn)知，有助于揭示玉米籽粒發(fā)育機(jī)理，為玉米產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的遺傳改良提供了新思路。

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所供圖)

關(guān)鍵詞： 玉米產(chǎn)量 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 線粒體基因 生物技術(shù)研究所