焦点快看：The Crop Journal | 中国农科院作科所联合中国农大揭示EMP601调控玉米籽粒发育的分子机制
2023-05-05 20:03:30
来源：中国作物学会
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(资料图片仅供参考)
玉米籽粒发育是一个复杂的遗传调控过程，目前已克隆了许多影响玉米籽粒发育的基因。PPR蛋白是植物中最大的蛋白家族之一，许多PPR蛋白已被证明参与线粒体基因的转录后加工，进而调控籽粒发育。细胞色素c（cytochromec）在线粒体呼吸作用中的电子传递过程起着至关重要的作用。ccmC是细胞色素c成熟（cytochromecmaturation，ccm）系统中的重要组分，ccmC基因转录后的RNA也需要经过RNA编辑过程。目前，特异性参与玉米ccmC基因编辑的蛋白尚未有报道。
近日，中国农业科学院作物科学研究所联合中国农业大学在在线发表了题为的研究论文，研究者以来源于昌7-2和G391杂交后代的自然突变体emp601（empty pericarp 601）为研究材料，克隆了Emp601基因并对其调控玉米籽粒发育的分子机制进行研究。
研究者发现，授粉12天后的emp601籽粒种皮白色且呈半透明状，明显区分于野生型籽粒。emp601籽粒不能正常萌发生长，胚和胚乳发育落后于野生型，且在发育后期退化，成熟的emp601突变籽粒仅有种皮。emp601籽粒的BETL区细胞壁向内生长发育滞后且显著少于野生型（图1）。
研究者利用图位克隆的方法对Emp601进行定位和克隆，发现Emp601基因第二个外显子一个G的缺失造成提前终止，导致了该突变体表型。转基因互补实验证明，Emp601基因突变导致籽粒发育缺陷表型。Emp601编码一个PLS亚家族E2型蛋白（图2），定位于线粒体。透射电镜观察发现，突变体emp601线粒体内膜不能形成正常的嵴结构（图3）。emp601突变体线粒体复合物III和超复合物I+III2明显减少，超复合物I+III2的NADH脱氢酶活性明显下降，细胞色素c1含量下降，交替氧化酶含量上升（图4）。通过分析线粒体编码的35个基因，发现emp601突变体中ccmC-358位的RNA编辑完全缺失，造成W-R的氨基酸替换，该位点位于高度保守的WWD基序。REMSA证明，EMP601可与ccmC转录本结合（图5）。酵母双杂交筛库并验证EMP601与ZmMORF8互作，同时ZmMORF8与ZmORRM3-1、ZmORRM3-2和ZmORRM4 互作（图6）。由此，研究者提出了一个EMP601参与ccmC-358 RNA编辑的模型：EMP601可结合于ccmC-358上游，以ZmMORF8作为桥梁与ZmORRM3-1、ZmORRM3-2和ZmORRM4形成一个编辑复合体，参与ccmC-358位点的编辑（图7）。
图1emp601突变体表型鉴定
图2Emp601图位克隆以及互补验证
图3 EMP601的亚细胞定位以及Emp601表达模式和线粒体超微结构观察
图4 Emp601突变后造成线粒体复合物III功能缺失
图5 EMP601 通过与ccmC结合影响ccmC-358位点的RNA编辑
图6 EMP601与ZmMORF8互作
图7 EMP601参与ccmC RNA编辑的示意图
作者和基金项目
中国农业科学院作物科学研究所已毕业的陈荣荣博士（现就职于江苏省中国科学院植物研究所）和中国农业大学农学院在读博士研究生魏倩涵为该文共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所刘允军副研究员和中国农业大学农学院王建华教授为共同通信作者。该研究得到中国农业科学院农业科技创新工程、三亚崖州湾科技城研究项目（SKJC-2020-02-005）和江苏省自然科学基金项目（BK20200288）资助。中国农业科学院作物科学研究所刘允军团队长期致力于玉米基因工程和玉米籽粒发育调控机制研究，在Plant Physiology、Journal of Experimental Botany、Plant Cell Physiology等期刊发表多篇高水平研究论文。
THE CROP JOURNAL
The Crop Journal英文宣传片，敬请收看！
The Crop Journal(《作物学报（英文版）》)是中国科协主管，中国作物学会、中国农业科学院作物科学研究所和中国科技出版传媒股份有限公司共同主办的学术期刊，创刊于2013年10月。办刊宗旨为刊载作物科学相关领域最新成果，开展国际学术交流，促进我国作物科学研究水平及国际影响力的提升。主要刊登农作物遗传育种、耕作栽培、生理生化、生态、种质资源以及与农作物有关的生物技术、生物数学、农业气象等领域以第一手资料撰写的研究论文、研究简报以及专题综述等。2021年The Crop Journal的SCI影响因子为4.647，在JCR农学和植物学两个学科位于Q1区，并位列中科院分区农林类期刊一区。2019–2023年获中国科技期刊卓越行动计划重点项目资助。
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