国家现代农业与食品前沿产业技术创新战略联盟专家指导委员会主任万建民院士团队鉴定调控水稻胚乳发育的重要因子PPR5

        水稻是我国最重要的粮食作物之一，胚乳的发育决定了稻米的品质和产量。在世界农业面临诸多挑战的情况下，解析水稻胚乳发育的遗传和分子调控机制具有重要的理论和应用价值。目前，科学家已经基本解析了稻米中营养物质诸如淀粉合成的酶促反应过程，也克隆了一批直接或间接调控胚乳发育的功能因子。然而，考虑到水稻胚乳发育的复杂性，人们对胚乳发育机制的认知仍然十分有限。

        10月14日，The Crop Journal 在线发表了中国农业科学院万建民院士团队题为“Mitochondrion-targeted PENTATRICOPEPTIDE REPEAT5 is required for cis-splicing of nad4 intron 3 and endosperm development in rice”的研究论文。研究发现水稻线粒体定位的P类PPR（pentatricopeptide repeat）蛋白PPR5参与线粒体nad4基因内含子3的顺式剪接，进而影响线粒体功能和水稻胚乳发育。

图1 突变体ppr5的表型分析

        研究者在粳稻Kitaake的EMS诱变突变体库中筛选到一个粉质胚乳突变体ppr5。突变体主要表现为胚乳淀粉粒变小，糊粉层结构异常，同时伴随淀粉、蛋白和直链淀粉等物质含量下降。利用图位克隆和转基因功能互补试验证明PPR5基因编码一个定位于线粒体的P型PPR蛋白。PPR5基因突变导致线粒体NADH脱氢酶4编码基因（nad4）内含子3的剪接效率降低，同时复合体I的组装和活性也受到显著影响。PPR5基因功能丧失诱导交替氧化酶（AOXs）基因表达显著上调，同时ATP合成受阻，最终导致线粒体超微结构异常。综上所述，该研究证明PPR5对于维持水稻线粒体功能及籽粒的正常发育具有重要作用。