陈化榜研究组在玉米籽粒发育机制研究中取得新进展

　　RNA编辑广泛存在于植物的线粒体和叶绿体中，其作为一种RNA转录后加工机制对于调控基因表达具有重要的意义。RNA C-U的编辑是胞嘧啶(C)经过脱氨转变为尿嘧啶(U)的过程，在此过程中PPR (pentatricopeptide repeat)结构域通常负责识别编辑位点，而DYW结构域则负责提供脱氨酶活性完成C-U的编辑。而E类和E+类PPR蛋白因缺失DYW结构域无法单独完成脱氨过程，需分别通过招募脱氨酶PCW1 (PPR motif, coiled-coil, and DYW domain-containing protein 1)和DYW2进行RNA编辑。目前，尽管在玉米中已有多个PPR蛋白被报道参与RNA的编辑过程，但仍有许多RNA编辑因子有待于进一步挖掘。 


图：DEK56通过RNA编辑调控玉米籽粒发育过程的模式图 

　　Plant Physiology近日在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所陈化榜研究组题为“DEFECTIVE KERNEL 56 functions in mitochondrial RNA editing and maize seed development”的研究论文(DOI:10.1093/plphys/kiad598)。本研究鉴定了一个影响玉米籽粒发育的DEK56基因。DEK56编码一个线粒体定位的E类PPR蛋白，该蛋白突变后造成玉米籽粒胚胎发生和胚乳发育停滞，籽粒种皮颜色发白、皱缩。通过STS-PCRseq (strand- and transcript-specific RNA sequencing)分析发现突变体dek56中21个线粒体基因的48个编辑位点C-U的编辑效率发生了明显的改变，其中matR (maturase-related) -1124位点C-U的编辑几乎完全丧失。进一步的研究发现DEK56能够在ZmMORFs (Multiple Organellar RNA Editing Factors)和ZmGRP23 (GLUTAMINE-RICH PROTEIN 23)的辅助下招募PCW1来完成RNA C-U的编辑。此外，RT-PCR和RT-qPCR结果表明线粒体氧化磷酸化基因nad4 (NADH dehydrogenase subunit 4)的内含子1和3的剪接效率在dek56中显著降低。这种剪接缺陷直接导致nad4的转录和翻译水平下降，造成线粒体复合物I组装异常、活性降低，从而引起能量供应不足，最终导致玉米籽粒败育。基于以上结果，本研究揭示了PPR蛋白DEK56在线粒体RNA编辑和玉米籽粒发育方面的重要作用。陈化榜组博士后臧杰为论文第一作者，陈化榜研究员和刘娟副研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划的资助。