研究結果

dek2影響籽粒正常發育

研究人員從玉米種質中心獲取dek2的突變體并且對其與W22雜交，使其背景純化，以利于表型觀察。在對其表觀以及細胞層面上的觀察發現，dek2的突變體籽粒和野生型相比，顯著變小，百粒重只有野生型32%，總蛋白含量下降4%，醇溶蛋白下降21%，非醇溶蛋白含量上升38%，淀粉粒體積顯著減小，并且籽粒胚乳糊粉層發育受到顯著抑制（圖1，2）。

dek2的圖位克隆

為了對dek2進行基因定位，研究人員使用了圖位克隆的方法。經過對438粒突變體籽粒的初定位以及3358粒籽粒的精細定位發現，GRMZM2G110851的單堿基SNP導致了該表型的產生（圖3）。

dek2編碼了一個P-type PPR蛋白

GRMZM2G110851在基因組上含有1893個堿基長度并且編碼了一個630個氨基酸的蛋白（圖3）。BLASTP的比對發現該基因編碼了一個P-type PPR蛋白，包含了10個PPR重復序列（圖3）。在第914位堿基G-A的突變導致了Gly-Glu的變化，從而產生了突變體表型。該結果同時被UniformMu轉座子突變的等位測試確認（圖3）。

dek2是一個保守的線粒體定位蛋白

PPR蛋白在植物中廣泛存在。研究人員為了確認dek2的進化地位，構建了dek2全長蛋白序列的進化樹。結果表明，dek2同源基因廣泛存在于被子植物中，而在玉米中沒有同源基因（圖4）。對dek2的共聚焦顯微鏡亞細胞定位研究發現，dek2與線粒體marker存在共定位，即dek2定位于線粒體內嵴。

dek2影響nad1內含子1的剪切

由于PPR蛋白可以與對應的線粒體或者葉綠體RNA互作，因此研究人員對18DAP dek2突變體胚乳以及野生型胚乳的線粒體轉錄本進行了分析。研究人員使用特異的引物擴增了線粒體cDNA，在35個基因中，只有nad1的成熟轉錄本在dek2中顯著下降（圖5）。進一步研究發現，nad1內含子1在dek2中顯著下降導致了全長成熟轉錄本表達量下降。

dek2影響了線粒體復合物I的聚集

為了深入研究線粒體的呼吸復合物，研究人員奮力了dek2 18DAP線粒體蛋白并且進行了非變性的BN-PAGE電泳。電泳結果顯示，復合物I含量顯著下降（圖6）。該結果證明了nad1內含子1的剪切影響導致了復合物I功能的下降。

dek2影響了線粒體的正常功能

研究人員為了對dek2在籽粒發育過程中的作用有全局性的了解，分別選取了18DAP的dek2胚乳以及野生型胚乳進行了RNA轉錄組測序（RNA-Seq服務由上海伯豪提供）。經過數據分析，一共篩選到了2065個差異基因，其中1095個基因具有功能注釋。在GO歸類后，研究人員發現，這些基因主要聚集于GO: 004429 455 (Mitochondrial part, p-value=8.43E-13); GO: 0003942 (GTPase activity, 456 p-value=3.08E-08); GO: 0006119 (Oxidative phosphorylation, 457 p-value=0.000853); and GO: 0006626 (Protein targeting to mitochondrion, 458 p-value= 0.00488) 。其中，包含了一個維持TCA循環穩定的Aox2基因。該基因在dek2中表達量上升1162倍。

原文出處：Qi W,Yang Y,Feng X,Zhang M,Song R.Mitochondrial Function and Maize Kernel Development Requires Dek2, a Pentatricopeptide Repeat Protein Involved in nad1 mRNA Splicing.Genetics. 2017

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