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PBJ|中科院张爱民研究团队利用EMSA等技术揭示了TuODORANT1和TaODORANT1抑制小麦种子贮藏蛋白的合成

作者:南京瑞源生物技术有限公司 浏览: 发表时间:2021-05-20 14:23:34

在普通小麦中,发现在幼苗和成熟植株的根、茎和叶中均表达MYB家族TF TaODORANT1,并且当在转基因烟草中过表达时,TaODORANT1参与干旱和盐胁迫响应。然而,在籽粒灌浆过程中,胚乳中TaODORANT1的表达模式及其在籽粒储备物质生物合成中的作用机制仍不清楚。

2021年5月5日中国科学院遗传与发育生物学研究所张爱民研究团队在Plant Biotechnology Journal发表了一篇名为“The MYBfamily transcription factor TuODORANT1 from Triticum urartu andthe homolog TaODORANT1 from Triticum aestivum inhibit seedstorage protein synthesis in wheat”的文章揭示了来自Triticum urartu的MYB家族转录因子TuODORANT1和来自普通小麦的同源物TaODORANT1抑制小麦种子贮藏蛋白的合成。

在本研究中,发现TaODORANT1的同源物TuODORANT1在灌浆过程中优先在发育中的胚乳中表达。在过表达TuODORANT1的普通小麦中,SSP含量降低,然而敲除TaODORANT1(普通小麦TuODORANT1同源物),小麦的 SSP含量升高。阐明了TuODORANT1抑制SSP合成的机理。

种子贮藏蛋白(SSP)是决定小麦最终产品质量的因素,弹性和延展性分别由两种种子贮藏蛋白(谷蛋白和醇溶蛋白)赋予,除了组成之外,单一SSP的含量或比例也可能在面筋功能和面团加工特性中起作用。SSP合成主要在转录水平调控,在小麦中很少发现SSP合成的转录调控因子,本研究旨在发现新的SSP基因调控因子。

在这里,我们发现R2R3 MYB家族转录因子TuODORANT1在籽粒灌浆期间优先在发育中的胚乳中表达。在过表达TuODORANT1的普通小麦中,通过RNA-Seq分析测试的所有SSP基因的转录水平在整个籽粒灌浆过程中降低了49.71%,这导致成熟籽粒的总SSP水平下降了13.38%-35.60%。在体外试验中,TuODORANT1抑制启动子活性和SSP基因转录1-13倍。

过表达TuODORANT1的普通小麦中SSP含量降低

过表达TuODORANT1在胚乳发育过程中抑制了SSP基因的转录

EMSA和ChIP-qPCR分析表明,TuODORANT1在体外和体内均与SSP基因启动子中的顺式元件结合。同样,普通小麦中的同源物TaODORANT在体外将启动子活性和SSP基因的转录都抑制了1-112倍。

TuODORANT1在体外和体内都与SSP基因的启动子区结合

T. urartu小麦和普通小麦SSP基因启动子中顺式元件5’-T/CAUCCA-3’和5’-T/CAUCAT/AG-3’的分布

普通小麦中TaODORANT1的敲除导致SSP基因转录增加14.73%-232.78%,这导致总SSP水平提高11.43%-19.35%。

TaODORANT1敲除小麦的SSP含量增加

研究结果表明,敲除TaODORANT1后小麦中SSP的积累是由于SSP基因的转录提升。我们的数据表明TuODORANT1和TaODORANT1都阻遏SSP的合成。


文献链接:https://doi.org/10.1111/pbi.13604


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在普通小麦中,发现在幼苗和成熟植株的根、茎和叶中均表达MYB家族TF TaODORANT1,并且当在转基因烟草中过表达时,TaODORANT1参与干旱和盐胁迫响应。然而,在籽粒灌浆过程中,胚乳中TaODORANT1的表达模式及其在籽粒储备物质生物合成中的作用机制仍不清楚。
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