新基因通过协调线粒体稳定性影响玉米籽粒发育

 玉米cns1突变体的籽粒发育缺陷表型。中国农科院供图

近日，中国农业科学院生物技术研究所作物代谢调控与营养强化团队发现一个编码P亚型的PPR（三十五肽重复）蛋白的基因CNS1，通过研究解析该基因的功能及其作用机制，明晰了其与玉米籽粒发育的关系。相关研究结果发表在《植物生理学》（Plant Physiology）上。

玉米籽粒发育直接影响玉米产量，涉及复杂的遗传调控网络，包括线粒体基因的表达。线粒体作为一个半自主细胞器为籽粒发育提供能量，线粒体功能缺陷会导致生长缓慢和形态异常甚至停滞发育等问题。已有研究发现，P亚型PPR蛋白是一种靶向线粒体的RNA结合蛋白，具有RNA剪切、编辑和维持线粒体编码基因转录本3’末端稳定性三类功能。

该研究自一个玉米籽粒发育缺陷突变体中克隆得到一个新基因CNS1，其编码的PPR蛋白能够直接结合线粒体复合体III的关键基因ccmFN转录本AUG上游的特定序列，从而保护其5’末端的完整性。基因比较分析发现，与野生型相比，突变体中ccmFN转录本5’末端发生严重缺失，进而影响了复合体Ⅲ的装配和功能，导致线粒体形态、功能异常和能量供应不足，产生籽粒发育缺陷的表型。

该研究首次报道了PPR蛋白具有维持线粒体基因5’末端稳定性的功能，拓展了对P型PPR蛋白及其调控线粒体功能的认知，有助于揭示玉米籽粒发育机理，为玉米产量和品质性状的遗传改良提供了新思路。

该研究获得国家重点研发计划，国家自然科学基金和转基因生物新品种培育重大专项的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac086/6537556