河南农业大学汤继华教授团队在植物科学顶级期刊(IF=32.7)发表研究成果,揭示线粒体蛋白共翻译降解介导玉米育性恢复新机制
2026年8月20日，河南农业大学农学院汤继华教授、薛亚东副教授和杨慧丽教授团队在专业期刊《Molecular Plant》(IF=32.7)发表了题为“The maize CMS-C fertility restore gene ZmRf4b encodes a SPL transcription factor that represses ZmMAP1D-mediated co-translational turnover of mitochondrial toxic ATP6C protein”的研究论文。研究团队从玉米雄性不育恢复的核线协同调控机制切入，重点解答了核编码转录因子如何精准调控线粒体毒性蛋白降解这一核心问题。通过图位克隆和功能验证，团队成功鉴定出编码SPL转录因子的恢复基因 ZmRf4b，并筛选到其直接靶基因——线粒体甲硫氨酸氨基肽酶基因 ZmMAP1D。机制研究表明，ZmRf4b作为转录抑制因子结合在 ZmMAP1D 启动子区；在恢复系中，低表达的 ZmRf4b 解除了对 ZmMAP1D 的抑制，促进ZmMAP1D进入线粒体并在翻译过程中共共去除ATP6C的N端甲硫氨酸，从而诱导过量毒性蛋白ATP6C降解，恢复复合体V组装并降低活性氧积累，最终实现育性恢复。该发现不仅揭示了基于蛋白共翻译降解的育性恢复新机制，也为玉米杂交育种提供了分子靶点。
研究团队利用42,200个个体的大群体将 ZmRf4b 基因精准定位在8号染色体短臂约62-kb的区间内，并通过BAC文库测序与全基因组关联分析（GWAS）锁定候选基因 Zm00001d008176（编码一个SPL转录因子），基因编辑和过表达系筛选实验证实该基因突变会导致恢复系丢失育性恢复能力。亚细胞定位与转录活性检测分析表明，ZmRf4b定位在细胞核中，酵母和双荧光素酶报告系统证实其不具备转录激活活性，而是作为一个转录抑制因子来抑制下游基因的转录，同时RNA与蛋白检测显示其表达直接导致恢复系中毒性ATP6C蛋白积累量的显著下降。图2：ZmRf4b定位在细胞核中并发挥转录抑制因子功能通过DAP-seq和酵母双杂交筛选，研究团队鉴定出定位在线粒体的甲硫氨酸氨基肽酶ZmMAP1D是ZmRf4b的直接下游靶标，结合EMSA、Y1H及EMS突变体和CRISPR敲除系验证，证实低表达的ZmRf4b通过解抑制上调 ZmMAP1D 的表达，且ZmMAP1D缺失会导致恢复系重呈雄性不育。图3：ZmRf4b直接结合并抑制 downstream 靶基因 ZmMAP1D 的表达体外GST-pull down、LCA和BiFC实验证实ZmMAP1D与ATP6C在线粒体内发生直接相互作用，体外酶活及降解实验表明ZmMAP1D通过切除ATP6C的N端起始甲硫氨酸来加速其共翻译降解，且线粒体中适量的ZmMAP1D能够将毒性ATP6C蛋白水平拉低至正常阈值。图4：ZmMAP1D通过去除N端甲硫氨酸靶向促使ATP6C蛋白降解在恢复系中，ATP6C含量的降低成功修复了线粒体复合体V的组装缺陷，使ATPase活性和ATP生成量恢复，显著增强了SOD、CAT等抗氧化酶活性并降低了ROS与MDA积累，最终将绒泡层细胞的异常程序性细胞死亡（PCD）恢复至正常水平。图5：ZmRf4b恢复线粒体复合体V组装及生理氧化还原稳态本研究阐明了主效恢复基因 ZmRf4b 调控玉米CMS-C育性恢复的分子机制。研究表明，作为转录抑制因子的ZmRf4b在恢复系中维持较低表达量，解除了对下游线粒体蛋白酶基因 ZmMAP1D 的转录抑制；适量积累的ZmMAP1D进入线粒体后，通过共翻译去除过量毒性蛋白ATP6C N端的起始甲硫氨酸，靶向触发ATP6C的降解并使其恢复至正常水平，进而修复线粒体复合体V组装，消除活性氧胁迫并抑制绒泡层异常程序性细胞死亡，最终恢复雄性育性。该研究打破了以往育性恢复主要依赖在转录或翻译水平抑制/切割CMS基因表达的传统认知，首次从蛋白稳态与降解调控的角度揭示了全新的育性恢复模型，拓宽了对植物核线协同调控机制的理解。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.08.016
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
