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小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室王桂凤团队解析Miniature5自然变异调控玉米籽粒大小的机制

发布时间：2026-04-09 11:48 点击数：

籽粒是玉米的主要收获和贮藏器官，其胚乳中积累的大量淀粉是影响粒重的重要因素。因此，系统阐明籽粒发育的调控机制对提高玉米产量至关重要。然而，长期以来，鉴定到的玉米中影响籽粒大小的自然变异十分有限，且未能在育种中得到有效应用，制约了高产玉米新品种的分子选育。

2026年3月31日，Journal of Genetics and Genomics在线发表河南农业大学王桂凤教授团队题为“Natural variation in Miniature5 determines mitochondrial nad1 splicing and seed development in maize”的研究论文。该研究鉴定到一个控制玉米籽粒大小的Miniature5(Mn5)自然变异。Mn5编码定位于线粒体的P类PPR蛋白，该基因突变后线粒体基因剪切效率下降，导致线粒体结构异常，进而影响籽粒发育和灌浆。

该研究鉴定到调控玉米籽粒大小的关键基因Miniature5 (Mn5)，并在玉米自然群体中筛选到该基因的错义突变体Mn5^Val109 (mn5)，该突变体籽粒变小但能正常发育结实。功能分析表明，mn5突变体中线粒体nad1内含子1的剪切效率降低，导致线粒体呼吸链复合物I的含量与活性显著下降，线粒体嵴结构异常，最终导致氧化磷酸化呼吸途径受阻。进一步研究发现，Mn5蛋白可与成熟酶ZmnMAT1、ZmnMAT3及PPR蛋白PPR-SMR1、SPR2相互作用，形成剪切复合体，特异性结合线粒体pre-nad1.1的D4结构域，共同参与nad1基因内含子1的反式剪接。研究还发现，Mn5蛋白结合位点位于此前推测的MSP1结合pre-nad1.1转录本3'末端的下游，该结果重新界定并修正了nad1.1前体RNA的3'末端。

mn5突变影响线粒体结构和功能

综上所述，Mn5基因的自然变异通过影响线粒体基因表达调控玉米籽粒大小。此前，籽粒缺陷相关基因的自然变异在玉米育种中鲜有应用，该研究发掘出一个决定籽粒大小的自然变异，为培育高产玉米新品种提供了重要分子靶点。

作者简介

河南农业大学博士生王宇宇为该论文第一作者，王桂凤教授和申清文副教授为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金等项目资助。

引用本文

Yuyu Wang, Rongrong Li, Jiajia Deng, Lizhen Wang, Zhiyi Tang, Jiahui Li, Yingbin Mu, Mingliang Yang, Fan Wu, Jie Lei, Xiaoyue Luan, Hongyu Chen, Jihua Tang, Qingwen Shen, Guifeng Wang. (2026). Natural variation in Miniature5 determines mitochondrial nad1 splicing and seed development in maize. Journal of Genetics and Genomics.

DOI：10.1016/j.jgg.2026.03.021