JGG | 河南农业大学王桂凤团队解析Miniature5自然变异调控玉米籽粒大小的机制

籽粒是玉米的主要收获和贮藏器官，其胚乳中积累的大量淀粉是影响粒重的重要因素。因此，系统阐明籽粒发育的调控机制对提高玉米产量至关重要。然而，长期以来，鉴定到的玉米中影响籽粒大小的自然变异十分有限，且未能在育种中得到有效应用，制约了高产玉米新品种的分子选育。

近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表河南农业大学王桂凤教授团队题为“Natural variation in Miniature5 determines mitochondrial nad1 splicing and seed development in maize”的研究论文。该研究鉴定到一个控制玉米籽粒大小的Miniature5(Mn5)自然变异。Mn5编码定位于线粒体的P类PPR蛋白，该基因突变后线粒体基因剪切效率下降，导致线粒体结构异常，进而影响籽粒发育和灌浆。

该研究鉴定到调控玉米籽粒大小的关键基因Miniature5 (Mn5)，并在玉米自然群体中筛选到该基因的错义突变体Mn5^Val109 (mn5)，该突变体籽粒变小但能正常发育结实。功能分析表明，mn5突变体中线粒体nad1内含子1的剪切效率降低，导致线粒体呼吸链复合物I的含量与活性显著下降，线粒体嵴结构异常，最终导致氧化磷酸化呼吸途径受阻。进一步研究发现，Mn5蛋白可与成熟酶ZmnMAT1、ZmnMAT3及PPR蛋白PPR-SMR1、SPR2相互作用，形成剪切复合体，特异性结合线粒体pre-nad1.1的D4结构域，共同参与nad1基因内含子1的反式剪接。研究还发现，Mn5蛋白结合位点位于此前推测的MSP1结合pre-nad1.1转录本3'末端的下游，该结果重新界定并修正了nad1.1前体RNA的3'末端。

mn5突变影响线粒体结构和功能

综上所述，Mn5基因的自然变异通过影响线粒体基因表达调控玉米籽粒大小。此前，籽粒缺陷相关基因的自然变异在玉米育种中鲜有应用，该研究发掘出一个决定籽粒大小的自然变异，为培育高产玉米新品种提供了重要分子靶点。