生物所發現協調線粒體穩定性維持和玉米籽粒發育的新基因

近日,生物所作物代謝調控與營養強化團隊發現一個玉米籽粒發育相關基因CNS1,編碼P亞型的PPR(三十五肽重復)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育的關系。相關研究結果發表在國際著名期刊《植物生理學(Plant Physiology)》。

 玉米cns1突變體的籽粒發育缺陷表型

玉米籽粒發育直接影響玉米產量,涉及復雜的遺傳調控網絡,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育提供能量,線粒體功能缺陷會導致生長緩慢和形態異常甚至停滯發育等問題。已有研究中發現P亞型PPR蛋白是一種靶向線粒體的RNA結合蛋白,具有RNA剪切、編輯和維持線粒體編碼基因轉錄本3′末端穩定性三類功能。

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

生物所作物代謝調控與營養強化創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計劃、國家自然科學基金和轉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

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