遺傳發育所玉米籽粒發育機制研究獲進展

　　RNA編輯廣泛存在于植物的線粒體和葉綠體中。RNA編輯作為一種RNA轉錄后加工機制，對于調控基因表達具有重要意義。RNA C-U的編輯是胞嘧啶(C)經過脫氨轉變為尿嘧啶(U)的過程。在此過程中，PPR （pentatricopeptide repeat）結構域通常負責識別編輯位點，而DYW結構域則負責提供脫氨酶活性完成C-U的編輯。然而，E類和E+類PPR蛋白因缺失DYW結構域無法單獨完成脫氨過程，需要分別通過招募脫氨酶PCW1（PPR motif, coiled-coil, and DYW domain-containing protein 1）和DYW2進行RNA編輯。目前，盡管在玉米中已有多個PPR蛋白被報道參與RNA的編輯過程，但仍有許多RNA編輯因子有待于進一步挖掘。

　　近日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所陳化榜研究組撰寫的題為DEFECTIVE KERNEL 56 functions in mitochondrial RNA editing and maize seed development的研究論文，在線發表在《植生生理》（Plant Physiology，DOI：10.1093/plphys/kiad598）上。

　　本研究鑒定了一個影響玉米籽粒發育的DEK56基因。DEK56編碼一個線粒體定位的E類PPR蛋白。該蛋白突變后造成玉米籽粒胚胎發生和胚乳發育停滯，籽粒種皮顏色發白、皺縮。研究通過STS-PCRseq（strand -and transcript-specific RNA sequencing）分析發現，突變體dek56中21個線粒體基因的48個編輯位點C-U的編輯效率發生了明顯改變。其中，matR（maturase-related）-1124位點C-U的編輯幾乎完全喪失。進一步，研究發現，DEK56能夠在ZmMORFs（Multiple Organellar RNA Editing Factors）和ZmGRP23 （GLUTAMINE-RICHPROTEIN23）的輔助下招募PCW1來完成RNA C-U的編輯。此外，RT-PCR和RT-qPCR結果表明，線粒體氧化磷酸化基因nad4（NADH dehydrogenase subunit 4）的內含子1和3的剪接效率在dek56中顯著降低。這種剪接缺陷直接導致nad4的轉錄和翻譯水平下降，造成線粒體復合物I組裝異常、活性降低，從而引起能量供應不足，最終導致玉米籽粒敗育。基于上述成果，該研究揭示了PPR蛋白DEK56在線粒體RNA編輯和玉米籽粒發育方面的重要作用。

　　研究工作得到國家重點研發計劃的支持。

DEK56通過RNA編輯調控玉米籽粒發育過程的模式圖