我國研究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，中國農業科學院生物技術研究所作物代謝調控與營養強化團隊發現一個編碼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育的關系。相關研究結果發表在《植物生理學》(Plant Physiology)上。

(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。

該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。基因比較分析發現，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。該研究首次報道了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。

(中國農業科學院生物技術研究所供圖)

關鍵詞： 玉米產量 中國農業科學院 線粒體基因 生物技術研究所