JIPB | 万建民院士团队鉴定水稻胚乳发育重要调控因子FLO22
The following article is from JIPB Author 万建民、王益华等
水稻是世界上最重要的粮食作物之一。随着经济的发展和人民生活水平的提高，对优质稻米的需求与日俱增。稻米中70%的营养贮藏物质为淀粉，淀粉含量和组成对稻米品质有着决定性的影响。数十年来，科学家们克隆了众多直接参与淀粉合成的关键酶，然而由于淀粉合成调控网络较为复杂，分子机制远未阐明。因此，进一步挖掘淀粉合成调控新因子，解析水稻胚乳发育调控网络，对稻米食味品质的遗传改良具有重要的理论意义和应用价值。
JIPB近日在线发表了南京农业大学万建民院士团队题为“Rice FLOURY ENDOSPERM22, encoding a pentatricopeptide repeat protein, is involved in both mitochondrial RNA splicing and editing and is crucial for endosperm development”（https://doi.org/10.1111/jipb.13402）的研究论文。该研究发现水稻中一个线粒体定位的P型PPR蛋白FLO22同时参与线粒体基因的剪接和RNA编辑，进而维持线粒体功能，为胚乳淀粉合成以及植株发育提供能量。
图1. flo22突变体胚乳淀粉填充缓慢，植株发育受到严重影响
图2. FLO22在水稻胚乳发育和植株生长中的作用
研究人员筛选获得一个水稻胚乳发育缺陷突变体flo22，该突变体胚乳淀粉填充不完全，且植株生长发育受阻。FLO22编码一个线粒体定位的P型PPR蛋白，该基因的突变导致线粒体基因nad1第1和第4内含子剪接异常，成熟转录本显著降低。研究发现FLO22可以直接结合第1内含子，参与nad1转录本的成熟。进一步分析发现flo22突变体中线粒体呼吸链复合体Ⅰ的组装受损和活性降低，导致线粒体膜电势及呼吸速率显著下降。此外，研究人员还发现flo22中多个线粒体编辑位点的编辑效率显著改变。随后筛选到一个与FLO22互作的DYW型PPR蛋白DYW3，dyw3敲除突变体同样表现为多个编辑位点RNA编辑缺陷，且与flo22中编辑缺陷位点部分重合。前人研究提出P型PPR蛋白可以介导编辑复合体中蛋白之间互作，参与细胞器RNA编辑，本研究中作者发现FLO22还可以直接结合被编辑转录本，为进一步阐明P型PPR蛋白在编辑复合体中的功能提供新的思路。
万建民院士团队长期从事稻米淀粉合成相关基因的克隆和功能研究，发现和阐明了一系列稻米淀粉合成及造粉体发育的关键基因（Peng et al., 2014; Wu et al., 2019; Lei et al., 2022），为稻米品质分子设计育种提供重要基因资源和种质材料。本文阐明了RNA转录后加工对线粒体功能以及胚乳淀粉合成的重要性，进一步解析了水稻籽粒发育调控网络。
万建民院士和王益华教授为该论文共同通讯作者，博士研究生杨航，青年教师王云龙和田云录副研究员为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省杰出青年基金、江苏省农业科技自主创新资金等项目的资助。
参考文献：1. Peng, C., Wang, Y., Liu, F., Ren, Y., Zhou, K., Lv, J., Zheng, M., Zhao, S., Zhang, L., Wang, C., Jiang, L., Zhang, X., Guo, X., Bao, Y., and Wan J. (2014). FLOURY ENDOSPERM6encodes a CBM48 domain-containing protein involved in compound granule formation and starch synthesis in rice endosperm. Plant J. 77: 917-930.2. Wu, M.M., Ren, Y.L., Cai, M.H., Wang, Y.L., Zhu, S.S., Zhu, J.P., Hao, Y.Y., Teng, X., Zhu, X.P., Jing, R.N., Zhang, H., Zhong, M.S., Wang, Y.F., Lei, C.L., Zhang, X., Guo, X.P., Cheng, Z.J., Lin, Q.B., Wang, J., Jiang, L., Bao, YQ., Wang, Y.H. and Wan J.M. (2019). Rice FLOURY ENDOSPERM10 encodes a pentatricopeptide repeat protein that is essential for the trans-splicing of mitochondrial nad1 intron 1 and endosperm development. New Phytol. 223:736-750.3. Lei, J., Teng, X., Wang, Y., Jiang, X., Zhao, H., Zheng, X., Ren, Y., Dong, H., Wang, Y., Duan, E., Zhang, Y., Zhang, W., Yang, H., Chen, X., Chen, R., Zhang, Y., Yu, M., Xu, S., Bao, X., Zhang, P., Liu, S., Liu, X., Tian, Y., Jiang, L., Wang, Y. and Wan, J. (2022). Plastidic pyruvate dehydrogenase complex E1 component subunit Alpha1 is involved in galactolipid biosynthesis required for amyloplast development in rice. Plant Biotechnol. J. 20:437-453.
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