| EN
                                  當前位置:首頁 > 最新動態

                                  最新觀點| The Plant Cell:轉錄因子ZmNAC128和ZmNAC130與Opaque2協同促進玉米胚乳灌漿

                                  作者:魏佳、李煥改

                                  谷物胚乳儲存了豐富的淀粉和蛋白質,對籽粒產量和品質形成至關重要。胚乳灌漿主要涉及兩個同步過程:營養物質的轉運和貯藏物質的積累。Opaque2(O2)、ZmNAC128和ZmNAC130是玉米中三個已報道的與營養物質轉運和貯藏物質合成相關的轉錄因子,在玉米胚乳填充過程中有較強的表達。然而,關于這三個轉錄因子協同調控胚乳灌漿過程的分子機理,目前尚不清楚。

                                  近日,中國科學技術大學張志勇團隊在The Plant Cell發表了題為“The transcription factors ZmNAC128 and ZmNAC130 coordinate with Opaque2 to promote endosperm filling in maize”的研究論文。該研究闡述了NAC轉錄因子ZmNAC128 、ZmNAC130協同O2促進胚乳灌漿過程,進而揭示玉米胚乳發育調控新機制。

                                  1.png


                                  在這項研究中,作者首先利用基因編輯技術獲得了zmnac128 和 zmnac130 突變體。與單突材料相比,雙突材料zmnac128 zmnac130 籽粒胚乳發育存在嚴重缺陷,具體表現為胚乳填充不完整,外周胚乳粉質化。掃描電鏡觀察發現雙突籽粒的胚乳中淀粉粒和蛋白體變?。▓D1A),這直接導致成熟籽粒的百粒重、蛋白和淀粉含量降低幅度達50%以上(圖1B和C)。RNA-seq分析進一步揭示在雙突材料中,大量與醇溶蛋白和淀粉合成相關基因表達量下調,從而證明ZmNAC128和ZmNAC130在醇溶蛋白和淀粉的生物合成中發揮了重要作用。

                                  2.png

                                  圖1. ZmNAC128 ZmNAC130 基因敲除突變導致籽粒表型填充不良


                                  DAP-seq實驗證明ZmNAC128和ZmNAC130直接靶向三個(16-、27-和50 kD)γ-玉米醇溶蛋白基因。除此之外,ChIP-qPCR和啟動子反式激活分析發現ZmNAC128和ZmNAC130還可以直接調控淀粉代謝相關基因,Bt2、Zpu1、SS1、Sus1、GBSS1 和SBEIIb(圖2)。


                                  3.jpg

                                  圖2. ZmNAC128和ZmNAC130直接調控淀粉代謝相關基因


                                  由于O2 基因在nacRNAi zmnac128 zmnac130 突變體中的表達量均下調,研究者檢測了這兩種NACs是否直接調控O2的表達,結果表明ZmNAC128和ZmNAC130可以識別O2 啟動子中順式元件(GTACGT),從而激活O2 的高水平表達。因此,O2、ZmNAC128和ZmNAC130協同調控胚乳的填充、以及醇溶蛋白和淀粉的積累。

                                  RNA原位雜交結果表明ZmNAC128 ZmNAC130 不僅在淀粉胚乳(SE)中表達,同樣在基底胚乳轉移層(BETL)中也有表達(圖3A)。通過對zmnac128zmnac130 突變體16 DAP胚乳轉錄組分析,發現ZmSWEET4c、ZmSUGCAR1、ZmYSL2 ZmMN1 的表達量顯著降低(圖3B)。ChIP-seq表明ZmNAC128和ZmNAC130直接結合ZmSWEET4C ZmSUGCAR1 和啟動子區(圖3C),ChIP-qPCR和Dual-LUC實驗進一步證明ZmNAC128和ZmNAC130促進ZmSWEET4C、ZmSUGCAR1 ZmMN1基因表達(圖3D和E),進而促進營養吸收。


                                  4.jpg

                                  圖3. ZmNAC128和ZmNAC130調控ZmSWEET4c、ZmSUGCAR1 和 ZmYSL2基因表達


                                  此外,該研究還探究了O2、ZmNAC128和ZmNAC130對糖和營養吸收的協同作用,結果表明O2、ZmNAC128和ZmNAC130可能通過共同調控ZmSWEET4c、ZmSUGCAR1 ZmYSL2的表達來影響可溶性糖、Zn和K的攝取。O2本身對這些營養物質的吸收促進作用較弱,但O2可以與ZmNAC128和ZmNAC130協同作用,進一步提高ZmSWEET4c、ZmSUGCAR1和ZmYSL2的轉運能力。

                                  綜上,ZmNAC128和ZmNAC130與O2協同促進玉米籽粒胚乳灌漿、營養物質的吸收、醇溶蛋白和淀粉的合成,同時調控自身基因表達。該文章拓寬了我們對籽粒灌漿分子調控機制的認識,對高產優質玉米的生物育種具有重要意義。






                                  原文鏈接:

                                  https://doi.org/10.1093/plcell/koad215







                                  電話:010-62993788 郵箱:lss@www.nanook.top 版權所有?北京中智生物農業國際研究院 地址:北京市平谷區峪口鎮峪達大街1號院 京ICP備20027069號-1
                                                                  大屌爆操白虎逼