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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揭示玉米线粒体内含子剪接调控籽粒发育新机制

发布时间：2026-05-25 09:02 点击数：

玉米是全球及我国的第一大粮食作物，也是重要的饲料与工业原料来源。当前，我国玉米单产与发达国家相比仍有差距。籽粒是玉米最终的收获器官，直接影响其产量和品质，因此开展籽粒发育研究对提高玉米单产具有重要指导意义。线粒体是细胞的“能量工厂”，为玉米母体光合产物运输、籽粒灌浆和胚胎发育提供必需能量。线粒体基因正常转录与加工剪接，是维持细胞能量代谢稳态的关键。然而，线粒体基因内含子的具体剪接机制尚不明晰。玉米中究竟有哪些因子负责调控线粒体内含子剪接，这些因子如何决定剪接特异性，以及是否形成线粒体剪接体等，均有待深入解析。针对这一科学问题，叶绿体RNA剪接和核糖体成熟(chloroplast RNA splicing and ribosome maturation, CRM)蛋白引起研究人员的关注。CRM蛋白是植物特有的RNA结合蛋白，参与叶绿体基因内含子剪接，而线粒体定位CRM蛋白的作用仍鲜有报道。

2026年5月16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“Non-redundant functions of three CRM proteins in mitochondrial group II intron splicing and maize seed development”的研究论文。该研究探究了玉米CRM蛋白家族成员在线粒体基因调控与籽粒发育中的生物学功能，揭示了其介导线粒体内含子剪接的分子机制。

该研究聚焦三个定位于线粒体的玉米CRM蛋白(ZmCFM5、ZmCFM3和ZmmCSF2)，发现三者以非冗余方式特异性参与线粒体不同亚基II型内含子的剪接。其中，ZmCFM5作用于nad1内含子4和nad4内含子1，ZmCFM3作用于nad1内含子2，而ZmmCSF2在nad5内含子4的剪接中发挥功能。这些基因突变体表现出异常的线粒体形态且复合体I活性降低，导致籽粒发育异常、大小与重量显著下降。有趣的是，ZmCFM5特异性结合两个靶标II型内含子DV结构域中的保守基序，并与剪接因子ZmSPR2发生物理相互作用。该研究结果表明，CRM蛋白可与其它RNA结合蛋白协同动态组装形成“线粒体剪接体”，从而赋予II型内含子剪接特异性和高效性。

玉米线粒体CRM蛋白参与II型内含子剪接的工作模型

综上所述，该研究阐明了CRM蛋白家族通过非冗余方式调控线粒体RNA剪接、维持细胞能量稳态并影响玉米籽粒发育的分子机制。这一发现不仅丰富了植物线粒体生物学基础理论，也为玉米高产分子育种提供了重要基因资源与理论依据。

作者简介

河南农业大学李莹博博士为该论文第一作者。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、河南省自然科学基金和河南省高校科技创新团队支持计划等项目资助。

引用本文

Yingbo Li, Mingyue Zhang, Yuhong Wei, Tingting Xu, Yuejiao Dong, Yongyan Wang, Dongsheng Shi, Taoyu Shi, Pengshuai Yan, Hongyu Chen, Jihua Tang, Qingwen Shen, Guifeng Wang. (2026). Non-redundant functions of three CRM proteins in mitochondrial group II intron splicing and maize seed development. Journal of Genetics and Genomics.

DOI：10.1016/j.jgg.2026.05.003