近日，中國農業(yè)科學院生物技術研究所作物代謝調控與營養(yǎng)強化團隊發(fā)現(xiàn)一個編碼P亞型的PPR(三十五肽重復)蛋白的基因CNS1，通過研究解析該基因的功能及其作用機制，明晰了其與玉米籽粒發(fā)育的關系。相關研究結果發(fā)表在《植物生理學》(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)育直接影響玉米產量，涉及復雜的遺傳調控網(wǎng)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(fā)育提供能量，線粒體功能缺陷會導致生長緩慢和形態(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(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。基因比較分析發(fā)現(xiàn)，與野生型相比，突變體中ccmFN轉錄本5’末端發(fā)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(tài)、功能異常和能量供應不足，產生籽粒發(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，為玉米產量和品質性狀的遺傳改良提供了新思路。

(中國農業(yè)科學院生物技術研究所供圖)

關鍵詞： 玉米產量 中國農業(yè)科學院 線粒體基因 生物技術研究所