联盟专家指导委员会主任万建民院士团队鉴定水稻胚乳发育重要调控因子FLO22

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近日在线发表了联盟专家指导委员会主任、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.