EMP17参与玉米籽粒发育和线粒体nad5内含子剪接的功能研究

Maize seed development is important for the yield. In the seed development, mitochondrion is required to provide energy and intermediates. Complex I is the first protein complex in the electron transfer chain and important for the mitochondrial function. Main members of complex I are encoded by mitochondrial genome. The genes contain introns and require nucleus encoded splicing factors to perform intron splicing. However, the mechanism of mitochondrial intron splicing is still unclear. In this study, we cloned EMP17 by using forward genetic approach (Mu-seq) and proved that it is the causal gene of the empty pericarp mutant phenotype. EMP17 encodes a mitochondrion targeted PPR (pentatricopeptide repeat) protein and functions in nad5 intron splicing. In the following study, we aim at clarifying how EMP17 takes part in seed development and nad5 intron splicing. Also, we will detect other splicing factors of nad5 and study their relationship. These are important for the study of mitochondrial intron splicing mechanism and potentially provide genes for maize seed breeding.

玉米种子发育是直接与产量相关的重要农艺性状。在种子发育过程中需要线粒体提供生物能源及中间物质。作为线粒体电子传递的第一步，复合物I的组装对线粒体的功能十分重要。复合物I的主要蛋白在基因表达过程中需要剪接内含子，但是内含子的剪接机理还不清楚。最近的研究发现，在众多内含子的剪接因子中，Pentatricopeptide repeat (PPR)蛋白占有很高比例。我们利用Mu-seq高通量测序克隆了导致空瘪籽粒的突变基因EMP17，初步结果显示该基因编码的PPR蛋白参与线粒体复合物I中nad5内含子的剪接。本研究旨在通过对玉米空瘪籽粒突变体emp17的研究，阐明该蛋白如何影响玉米籽粒发育和线粒体nad5内含子剪接，寻找参与EMP17剪接功能的相互作用蛋白和剪接因子。本研究既可以为线粒体基因内含子剪接的分子机理研究提供科学依据，又为玉米分子育种积累基因资源，提供理论基础。

玉米种子发育是直接与产量相关的重要农艺性状。在种子发育过程中需要线粒体提供生物能源及中间物质。作为线粒体电子传递的第一步，复合物I的组装对线粒体的功能十分重要。复合物I的主要蛋白在基因表达过程中需要剪接内含子，但是内含子的剪接机理还不清楚。最近的研究发现，在众多内含子的剪接因子中，PPR蛋白占有很高比例。我们利用Mu-seq高通量测序克隆了导致空瘪籽粒的突变基因EMP17、EMP20和EMP12，研究表明，三个基因均编码PPR蛋白，EMP17蛋白作用于线粒体基因nad5内含子的剪接，由于nad5内含子剪接功能的缺失导致复合物I组装缺陷；EMP20与已报道的EMP602相同（作用于nad4内含子剪接），emp17和emp20进行质谱分析发现，Nad4和Nad5在复合物I组装中先形成亚复合物，然后再以亚复合物的形式进行复合物I的组装；EMP12通过作用于线粒体nad2的内含子剪接来影响复合物I的组装和活性。另外，我们通过分析PPR101和PPR231的功能，阐明了这两个PPR蛋白也是线粒体内含子剪接因子，分别参与nad5和nad2的内含子剪接，相应突变体中复合物I的组装和活性缺失，玉米籽粒呈现发育缺陷。