アスパラギン酸プロテアーゼ 1 を抑制すると光合成が延長され、小麦粒の重量が増加します

Nature Plants (2023)この記事を引用

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光合成の延長、つまり機能的ステイグリーンは、代謝産物の流れを穀粒に向けて推進する実現可能な戦略を表している。 しかし、食用作物においてこの目標を達成することは依然として課題です。 今回我々は、小麦のCO2同化と穀粒強化2（cake2）、光合成の利点の根底にあるメカニズム、およびエリート品種の育種に適した天然対立遺伝子のクローニングを報告する。 アスパラギン酸プロテアーゼ 1 (APP-A1) 遺伝子の A ゲノムコピーにおける早期停止変異により、光合成速度と収量が増加しました。 APP1は、光合成と収量の増加に重要な光化学系IIの保護外因性メンバーであるPsbOに結合し、分解した。 さらに、コムギにおけるAPP-A1遺伝子の天然多型は、APP-A1の活性を低下させ、光合成と粒の大きさと重量を促進した。 この研究は、APP1 の修飾により光合成、粒径、収量の可能性が増加することを示しています。 この遺伝資源は、四倍体および六倍体コムギのエリート品種の光合成と高収量の可能性を促進する可能性がある。

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この研究は、中国国家重点研究開発プログラム (助成金番号 2022YFF1002902) および中国国立自然科学財団 (助成金番号 31972350) の支援を受けました。 六倍体小麦品種を共有してくださった中国農業科学院の C. Hao 氏、X. Zhang 氏、北京大学の Y. Jiao 氏に感謝します。 建設的な提案をしていただいたカリフォルニア大学デービス校の J. Dubcovsky 氏に感謝します。

中国・上海の復旦大学生命科学部、MOE Engineering Research Center of Gene Technology

Ke-Xin Niu、Chao-Yan Chang、Mei-Qi Zhang、Yue-Ting Guo、Yan Yan、Hao-Jie Sun、Guo-Liang Zhang、Xiao-Ming Li、Yi-Lin Gong、Ci-Hang Ding & Jin-イン・ゴウ

作物雑種強勢と利用の主要研究室（MOE）、北京、中国農業大学、作物遺伝改良の主要研究室、北京、中国

Ke-Xin Niu、Chao-Yan Chang、Mei-Qi Zhang、Yue-Ting Guo、Yan Yan、Xiao-Ming Li、Yi-Lin Gong、Ci-Hang Ding、Meng-Lu Wang、Zhonfu Ni、Qixin Sun & Jin -イン・ゴウ

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J.-YG は研究を計画し、データを解釈し、原稿を書きました。 K.-XN は、C.-YC、M.-QZ、Y.-TG、YY、H.-JS、G.-LZ、X.-ML、Y.-LG、C の助けを借りて、ほとんどの実験を実行しました。 .-HD および M.-LWZN および QS は、データの議論と分析に貢献しました。

ゴウ・ジンイン氏への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Plants は、この研究の査読に貢献してくれた Lin Li と Thorsten Schnurbusch に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

NCBI の GSE12508 からデータを抽出したことに注意してください。

ソースデータ

a、b、変異部位における app-B1 遺伝子の配列とコード配列に対するその影響。

ａ． 機能不全変異体における内在性 PsbO タンパク質レベルの比較。 b、c。 WT および psbo-A1 変異体の粒径。 バー= 1 cm。 d～f。 WT および psbo-A1 変異体の穀粒の表現型データ。粒の長さ (n = 10)、粒の幅 (n = 10)、粒の厚さ (n = 20)、1000 個の粒の重量 (n = 15)、粒の真円度 ( n = 4)、トン/HA (n = 3)。 データは平均±SDで表されます。 対応のない両側スチューデント t 検定は p 値を示します。

ソースデータ

合成基質およびPsbOに対するAPP1の特異的酵素活性。 ａ． 人工基質上のAPP1の特異的酵素活性。 n = 4、データは平均 ± SD を表し、対応のない両側スチューデント t 検定は p 値を示します。 b. PsbOに対するAPP1の特異的酵素活性。

ソースデータ

ａ． app-A1 戻し交雑変異体と WT の間で上方制御された発現遺伝子のベン図。 b. app-A1 戻し交雑変異体と WT の間で下方制御された発現遺伝子のベン図表示。 c. app-A1 変異体および WT における RNA 配列による APP-A1 発現。 n = 3、データは平均 ± SD を表し、対応のない両側スチューデント t 検定は p 値を示します。 d. app-A1 変異体および WT における RNA 配列による PsbO-A1 発現。 n = 3、データは平均 ± SD を表し、対応のない両側スチューデント t 検定は p 値を示します。 app-A1 変異体における GO (e) および KEGG (f) 分析。 n = 3。

ソースデータ

補足図。 1と2、データ1と2。

図2の未処理フィルム。

図3の未処理フィルム。

図4の未処理フィルム。

図6の未処理フィルム。

拡張データ用未処理フィルム 図3．

拡張データ用未処理フィルム 図4．

図1の統計データ。

図2の統計データ。

図3の統計データ。

図5の統計データ。

図6の統計データ。

拡張データの統計データ 図1．

拡張データの統計データ 図3．

拡張データの統計データ 図4．

拡張データの統計データ 図5．

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転載と許可

Niu, KX.、Chang, CY.、Zhang, MQ. 他。 アスパラギン酸プロテアーゼ 1 を抑制すると、光合成が延長され、小麦粒の重量が増加します。 ナット。 植物 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41477-023-01432-x

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受信日: 2022 年 9 月 13 日

受理日: 2023 年 5 月 9 日

公開日: 2023 年 6 月 5 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-023-01432-x

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