研究結果

1 dek10導致籽粒變小以及發育遲緩

        dek10-ref (dek10-N1176A)突變體來源于玉米種質中心。該突變體在獲得后與W22野生型進行雜交進行背景純化，并且表型觀察。結果發現，dek10百粒重只有野生型的27%，總蛋白與胚乳重量顯著下降。然而，淀粉卻沒有顯著變化。對植株的觀察發現，dek10植株的發育速度比野生型顯著降低（圖1）。

2 dek10的圖位克隆

在植物正向遺傳學中，獲得突變體后往往需要對基因進行定位與克隆。在此，研究人員使用圖位克隆的方法對dek10基因進行精細定位。在對947個F2代突變體種子進行鑒定后，研究人員將dek10基因定位于InDel-AC204567.28與InDel-GRMZM2G071304.4范圍內。該段范圍由225K個堿基組成，包含2個BAC克隆（AC204567與AC186864）。其中包含了8個可能的候選基因，根據對這8個基因的序列分析發現，GRMZM2G087226中有一段5個堿基CCTCC的插入，導致移碼突變（圖2）。

為了確認圖位克隆的準確性，研究人員還使用了等位測試的方法對其進行了驗證。結果表明，該候選基因的CRISPR/Cas9突變體與dek10的等位突變雜交后，不能使其恢復野生型表型。證實了該基因就是dek10的突變基因。

3 dek10編碼了一個定位于線粒體的E族PPR蛋白

根據對dek10的進化樹分析以及BLASTP分析發現，該基因編碼了一個E族PPR蛋白（圖3）。此外，對其進行亞細胞定位表明，該蛋白定位于線粒體。  

4 Dek10對線粒體nad3-61、nad3-62與cox2-550中的RNA編輯

有文獻報道，E族PPR蛋白參與了對RNA的編輯。對dek10突變體大量的線粒體轉錄本測序配合測序，發現了3個dek10突變體中特異的可變剪切位點：nad3 61與62以及cox2的550。導致了nad3蛋白對應氨基酸由亮氨酸轉變為脯氨酸，cox2蛋白絲氨酸轉變為脯氨酸（圖4）。
 

5 dek10影響線粒體相關基因表達

為了對dek10突變對籽粒線粒體的影響有一個廣泛的認識，研究人員還對dek10突變體進行了RNA測序，以期望能夠獲得足夠的信息，了解dek10可能的具體分子機制。在此，通過RNA測序，研究人員鑒定到了48480個基因，其中包含2668個差異基因。在這些基因中，420個表現為表達量下降。其中，736個基因具有功能標注。GO富集分析后，差異基因的功能主要被歸類到GO: 0005740 (Mitochondrial envelope, p-value=5.0E-18); GO: 0015078 (Hydrogen ion transmembrane transporter activity, p-value=1.3E-13); 與GO: 0015992 (Proton transport, p-value= 7.0E-06)上(圖5）。  

6 dek10影響線粒體形態

最后，研究人員為了對dek10突變后線粒體在形態上有進一步的認識，將dek10 18DAP的胚乳進行了未成熟籽粒的透射電鏡觀察。結果表明，dek10突變后，線粒體體積顯著增大，并且呈現不規則形態（圖5）。

該研究中RNA-seq服務由伯豪生物提供。

原文出處： Qi WW, Tian ZR, Lu L, Chen XZ, Chen XZ, Zhang W, Song RT.
Editing of mitochondrial transcripts nad3 and cox2 by Dek10 is essential for mitochondrial function and maize plant development. Genetics. 2017.