Plant Physiol| 扬州大学陈忱教授揭示OsYUC11 介导的生长素生物合成在水稻胚乳发育过程中的作用

植物科学技术 水稻育种技术
eplants    2020-12-16    748

  2020年12月11日,Plant Physiology在线发表了扬州大学农学院陈忱教授为通讯作者题为“OsYUC11-mediated auxin biosynthesis is essential for endosperm development of rice”研究论文。报道了 OsYUC11 介导的植物生长素生物合成在水稻胚乳发育过程中的作用。

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  生长素是植物发育必不可少的植物激素。吲哚-3-乙酸 (IAA) 是生长素的一种活性内源形式。拟南芥的氨基转移酶 TAA 家族可以将色氨酸转化为吲哚-3-丙酮酸 (IPA),IPA 在 YUCCA (YUC) 黄素单加氧酶的催化下生成 IAA。IAA 生物合成的两步反应被称为 TAA-YUC 途径。许多参与生长素合成的基因对植物胚胎发生是不可或缺的,然而,对生长素如何调节胚乳发育仍知之甚少。

  该研究揭示了水稻YUCCA(YUC)黄素单加氧酶编码基因OsYUC11是水稻胚乳中生长素生物合成的关键因子。OsYUC11突变阻止了籽粒灌浆或贮藏产物的积累,施用外源生长素可以恢复其缺陷。通过筛选水稻转录因子酵母文库,鉴定出41种可能与OsYUC11启动子结合的转录因子,其中核因子Y家族成员OsNF-YB1主要在胚乳中表达。osyuc11和osnf-yb1突变体的种子大小减小,垩白增加,同时吲哚-3-乙酸的生物合成减少。这主要是由于外周胚乳细胞中的淀粉粒排列相对松散造成的,突变体中央胚乳细胞中淀粉粒的形态和排列和野生型没有明显差别。定量显示,osyuc11 突变体中积累了更多的醇溶蛋白和谷蛋白。

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  osyuc11 突变体的表型

  紧接着,作者发现OsYUC11 表达可能受到 OsNF-YB1 的调控。进一步的ChIP-PCR实验 证实 OsNF-YB1 可以直接结合到 OsYUC11 启动子以激活其表达。研究人员还发现,OsYUC11是一个动态印迹基因,在受精后10天主要在胚乳中表达父本等位基因,随后在受精后15天成为非印迹基因。OsYUC11的功能性母本等位基因能够恢复该基因的父本缺陷。

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  综上,本研究提出了一个 YUC 介导的生长素生物合成在水稻胚乳发育过程中的模型:转录因子 OsNF-YB1 可以结合到 OsYUC11 启动子调控其表达;OsYUC11 突变会导致水稻籽粒灌浆缺陷和胚乳贮藏产物累积,这一过程主要是通过影响生长素的生物合成来调控的。

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