Rice|RGG1參與細胞分裂素調節途徑,控制水稻的籽粒大小

2021-02-20 PaperRSS

 提示：歡迎點擊上方「PaperRss」↑關注我們！

異源三聚體GTP結合蛋白(G蛋白)和細胞分裂素在調節植物生長發育中起著重要作用。然而，人們對它們協調調節水稻籽粒大小的機制知之甚少。

本研究對一個編碼A、G、γ亞基的基因Rgg1進行了功能鑑定。在幼穗和小穗中檢測到較強的GUS染色，表明該基因在調節穗部相關性狀發育中起作用。Rgg1在日本晴(Nip)和武雲粳30(WYJ30)中過表達，通過調節細胞分裂，顯著降低了株高、穗長和粒長。然而，CRISPR/Cas9系統產生的Rgg1突變體沒有明顯的表型差異，這可能是由於該基因在體內的表達水平極低所致。

RGG1編碼a型Gγ亞基

對NIP幼穗、NIP-Rgg1-2突變體和NIP-OE2過表達系的轉錄本進行了測序，結果表明許多差異表達基因(Deg)與細胞分裂素生物合成途徑相關。我們通過測定內源細胞分裂素水平證實了這一結果，並發現在過表達的品系中細胞分裂素含量較低。

此外，Rgg1的表達增加降低了對低濃度6-苄氨基嘌呤(6-BA)的敏感性。

我們的結果揭示了一個新的控制水稻籽粒大小的G蛋白-細胞分裂素模塊，這將有助於理解G蛋白調節籽粒大小和植株發育的機制。

Heterotrimeric GTP binding proteins (G proteins) and cytokinin play important roles in regulating plant growth and development. However, little is known about the mechanism by which they coordinate the regulation of grain size in rice. We functionally characterized one gene, RGG1, encoding a type-A Gγ subunit. Strong GUS staining was detected in young panicles and spikelets, suggesting a role for this gene in modulating panicle-related trait development. Overexpression of RGG1 in Nipponbare (NIP) and Wuyunjing 30 (WYJ30) significantly decreased plant height, panicle length and grain length by regulating cell division. However, rgg1 mutants generated by the CRISPR/Cas9 system exhibited no obvious phenotypic differences, which may be due to the extremely low expression level of this gene in vivo. The transcriptomes of young panicles of NIP, the NIP-rgg1–2 mutant and the NIP-OE2 overexpression line were sequenced, and the results showed that many differentially expressed genes (DEGs) were associated with the cytokinin biosynthetic pathway. We confirmed this result by measuring the endogenous cytokinin levels and found that cytokinin content was lower in the overexpression lines. Additionally, increased expression of RGG1 decreased sensitivity to low concentrations of 6-benzylaminopurine (6-BA). Our results reveal a novel G protein—cytokinin module controlling grain size in rice and will be beneficial for understanding the mechanisms by which G proteins regulate grain size and plant development.

Yajun Tao, Jun Miao, Jun Wang, et al. RGG1 , Involved in the Cytokinin Regulatory Pathway, Controls Grain Size in Rice. Rice, 2020

相關焦點

  • 餘淑美團隊發現新的影響水稻籽粒大小基因
    籽粒大小是影響糧食作物產量的關鍵因素之一。
  • 水稻產量新基因! 中國水稻研究所種質創新課題組揭示水稻籽粒大小...
    華中農業大學張啟發實驗室克隆了控制粒長和粒重的主效QTL—GS3和控制粒寬、結實率和粒重的主效QTL—GS5。GS3基因編碼含植物特有調節器官大小結構域的跨膜蛋白，為負調控因子 （Mao等, 2010） ；GS5基因編碼屬於肽酶S10家族的絲氨酸羧肽酶，是穀粒大小的正調控因子，因此在粒形調控高產育種中的應用前景較大 （Li等, 2011） 。
  • 改變細胞分裂素分布 可提高水稻產量和抗鹽性
    近日，中國農業科學院作物科學研究所水稻分子設計技術與應用創新團隊研究發現，植物激素細胞分裂素的分布模式在高鹽脅迫處理下會迅速發生改變，從地上組織向地下根中積累。並且過表達AGO2基因可激活細胞分裂素轉運基因BG3，模擬鹽脅迫狀態下的細胞分裂素分布模式，從而同時提高水稻產量和抗鹽性。
  • 科學網—優化細胞分裂素分布可讓水稻增產和抗鹽
    中國農科院作物科學研究所優化細胞分裂素分布可讓水稻增產和抗鹽   本報訊（記者李晨）5月14日，《植物細胞》在線發表中國農科院作物科學研究所水稻分子設計技術與應用創新團隊的最新研究成果。 他們發現，植物激素細胞分裂素的分布模式在高鹽脅迫處理下會迅速發生改變，從地上組織向地下根中積累。並且，過表達AGO2基因可激活細胞分裂素轉運基因BG3，模擬鹽脅迫狀態下的細胞分裂素分布模式，從而同時提高水稻產量和抗鹽性。 論文通訊作者童紅寧介紹，高產穩產是作物育種的長久目標，但由於作物產量和抗性往往具有一定的補償效應，如何在不利條件下保持高產是育種工作的重大挑戰。
  • 浙江大學舒慶堯團隊分析磷脂酶對水稻籽粒中植酸代謝的影響
    磷脂和植酸是水稻籽粒中磷元素的重要存在形式，而植酸是一種主要的抗營養因子，具有很多負面的作用。
  • Plant Cell | 細胞分裂素信號在玉米葉片發育中的關鍵調控作用
    研究表明，KNOX與植物體內的激素信號耦連，因此在分生組織的形成和維持以及其他植物發育過程中起到關鍵的調節作用【3】。但是目前關於玉米等單子葉植物中的P-D構型的調控機制尚不清楚。該研究發現，Hsf1突變體的主要特徵是在葉片的某些區域形成葉片-鞘的邊界的「叉齒」（prongs），並且較大的「叉齒」出現在近端，表明這種「叉齒」的形成不是隨機的，而是受到葉片發育的調節。
  • 分子植物卓越中心揭示水稻糖基轉移酶影響代謝流進而調控粒型與抗...
    國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications）在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心林鴻宣研究組的研究成果，題為UDP-glucosyltransferase regulates grain size and abiotic stress tolerance associated with metabolic flux redirection in rice
  • 細胞分裂素pk生長素
    其生理作用是能促進側根和不定根發生，調節開花和性別分化，調節坐果和果實發育，控制頂端優勢等。細胞分裂素與生長素之間的對決如下：1、促進細胞分裂  細胞分裂素的主要生理功能是促進細胞分裂。它不僅能促進細胞分裂，還可以使細胞體積擴大。
  • Chemosphere:葉面噴施甘油對水稻籽粒Cd積累的抑制作用
    【歡迎您關注--農業環境科學】華南農業大學資源環境學院毛小雲教授團隊研究了葉面噴施甘油減少水稻籽粒Cd積累的效果及其作用機制。相關成果發表於Chemosphere（IF=5.108）。閱讀論文全文請點擊文末閱讀原文。
  • 中國農大楊淑華/施怡婷團隊揭示脫落酸和細胞分裂素信號途徑拮抗...
    該研究發現脫落酸與細胞分裂素信號途徑相互拮抗的分子機制，揭示了植物激素平衡植物生長發育和抗逆性的機理。前期研究表明，植物激素ABA和細胞分裂素在調控逆境響應的過程中存在拮抗的關係，但是其內在分子機制並不清楚。該研究通過互作蛋白篩選發現ABA信號關鍵蛋白激酶SnRK2s與細胞分裂素信號響應調節子ARR發生相互作用。生化和遺傳證據表明，SnRK2s通過磷酸化細胞分裂素負調節子A型ARR5，正調控其蛋白穩定。
  • 科技創新進展:發現水稻P450家族基因調控細胞死亡新機制
    in rice 的研究論文。在農業生產中，作物有規律的PCD有利於籽粒的發育和成熟，而不受控制的PCD會對作物的品質、產量帶來巨大的影響。因此，探索植物PCD背後的分子機制是當前的研究熱點，與PCD相關的基因報導也屢見不鮮，例如SPL29、SLP33、SPL35等 （Journal of Experimental Botany, 2015, 2017; Plant Biotechnology Journal, 2019），但關於調控PCD途徑的基因報導仍相對較少。
  • 研究發現水稻轉座子受馴化選擇和在抗病抗逆中的調節功能
    該項研究發現自然條件下一個活躍的反轉錄轉座子HUO（「活」），該轉座子廣泛存在於野生稻基因組中，部分存在於考古水稻樣本和農家種中，但在現代栽培稻中丟失。研究揭示HUO通過表觀遺傳學途徑影響基因組水平的功能基因，激活基因組的不穩定性/防衛反應，這些都有利於野生稻適應複雜多變的自然環境。
  • . | 中科院上海植生所揭示水稻葉枕發育細胞學基礎和調控機制
    該研究通過系統的形態學和細胞學觀察以及高通量基因表達譜分析，揭示了葉枕發育的細胞學基礎和分子調控機制，為水稻葉傾角調控研究和株型改良提供了重要線索。Fig8. A schematic model of rice lamina joint development.
  • Plant Cell|細胞分裂素調控植株再生新機制
    植物器官、組織及細胞在離體培養條件下可再生植株，體現出植物細胞具有「全能性」（totipotency）。早在一個世紀前植物組織培養體系已建立，廣泛應用於中藥材、花卉、林草及作物的快速繁殖及基因工程育種。但迄今為止，植物細胞「全能性」機理仍不清楚。
  • 細胞分裂素的作用
    細胞分裂素有點火熱，今天，咱們就一起來詳細的了解一下細胞分裂素中的卞氨基嘌呤。細胞分裂素是從玉米或其他植物中分離或人工合成的植物激素。一般在植物根部產生，是一類促進胞質分裂的物質，促進多種組織的分化和生長。與植物生長素有協同作用。是調節植物細胞生長和發育的植物激素。在細胞分裂中起活化作用，也包含在細胞生長和分化及其他相關的生理活動過程中，如激動素、玉米素、6-苄基氨基嘌呤等。
  • :水稻泛素連接酶調控乾旱脅迫信號轉導研究獲進展
    泛素介導的蛋白酶體途徑是植物體內蛋白質修飾最重要的調控機制之一，其功能涉及植物細胞周期和光周期調控、激素信號轉導、新陳代謝調控和DNA修復等多個過程。目前擬南芥中一系列研究表明泛素介導的蛋白酶體途徑也參與對植物乾旱脅迫響應過程的調控，但泛素蛋白酶體途徑是否同樣參與水稻乾旱響應過程調控還不清楚。
  • 原藥百科︱天然細胞分裂素---玉米素
    玉米素是一種從甜玉米灌漿期的籽粒中提取並結晶出的天然的細胞分裂素，並因此而得名，目前已能人工合成。
  • Science:Rb是控制細胞大小的感受器之一
    人們一直在努力探索細胞協調生長和細胞分裂以保持恆定大小的機制。之前前人有報導動物細胞的大小主要是由一種感覺血糖-依賴的激素胰島素分子控制的。
  • 研究發現相關基因調控水稻細胞死亡新機制
    近日，中國水稻研究所種質創新課題組研究發現病斑突變體基因ELL1通過影響葉綠體的發育來調控水稻中活性氧的穩態，進而觸發由活性氧介導的細胞死亡。該項研究豐富了對植物中細胞程序性死亡產生與活性氧穩態之間聯繫的理解。