JGG | 河南農業大學王桂鳳團隊解析Miniature5自然變異調控玉米籽粒大小的機制

籽粒是玉米的主要收獲和貯藏器官，其胚乳中積累的大量淀粉是影響粒重的重要因素。因此，系統闡明籽粒發育的調控機制對提高玉米產量至關重要。然而，長期以來，鑒定到的玉米中影響籽粒大小的自然變異十分有限，且未能在育種中得到有效應用，制約了高產玉米新品種的分子選育。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發表河南農業大學王桂鳳教授團隊題為“Natural variation in Miniature5 determines mitochondrial nad1 splicing and seed development in maize”的研究論文。該研究鑒定到一個控制玉米籽粒大小的Miniature5(Mn5)自然變異。Mn5編碼定位于線粒體的P類PPR蛋白，該基因突變后線粒體基因剪切效率下降，導致線粒體結構異常，進而影響籽粒發育和灌漿。

該研究鑒定到調控玉米籽粒大小的關鍵基因Miniature5 (Mn5)，并在玉米自然群體中篩選到該基因的錯義突變體Mn5Val109 (mn5)，該突變體籽粒變小但能正常發育結實。功能分析表明，mn5突變體中線粒體nad1內含子1的剪切效率降低，導致線粒體呼吸鏈復合物I的含量與活性顯著下降，線粒體嵴結構異常，最終導致氧化磷酸化呼吸途徑受阻。進一步研究發現，Mn5蛋白可與成熟酶ZmnMAT1、ZmnMAT3及PPR蛋白PPR-SMR1、SPR2相互作用，形成剪切復合體，特異性結合線粒體pre-nad1.1的D4結構域，共同參與nad1基因內含子1的反式剪接。研究還發現，Mn5蛋白結合位點位于此前推測的MSP1結合pre-nad1.1轉錄本3'末端的下游，該結果重新界定并修正了nad1.1前體RNA的3'末端。

mn5突變影響線粒體結構和功能

綜上所述，Mn5基因的自然變異通過影響線粒體基因表達調控玉米籽粒大小。此前，籽粒缺陷相關基因的自然變異在玉米育種中鮮有應用，該研究發掘出一個決定籽粒大小的自然變異，為培育高產玉米新品種提供了重要分子靶點。

作者簡介

河南農業大學博士生王宇宇為該論文第一作者，王桂鳳教授和申清文副教授為共同通訊作者。相關工作得到國家自然科學基金等項目資助。