A rizs transzkripciós faktor szabályozza a szemcsehosszat a sejtszámon keresztül

A globális kalóriák ~ 20% -át biztosító rizs (Oryza sativa) az egyik legfontosabb vágott növény (Global Rice Science Partnership (GRiSP), 2013). Mivel a fogyasztás különösen növekszik a szubszaharai Afrikában, a Közel-Keleten és Latin-Amerikában, elengedhetetlen a rizstermés növelése a növekvő népesség ellátása érdekében. A gabona hozamát nagyrészt három jellemző határozza meg: a szemcse súlya (amelyben a szemcseméret a fő tényező), szemcsék száma per panicle és a panicles száma növényenként (Li et al., 2018).

A gabonatermésben részt vevő új gének azonosítása gazdagítja a folyamat mögött álló szabályozási mechanizmusok megértését, és végül hozzájárulhat a megnövekedett rizsfajták tenyésztéséhez. Ezenkívül a hosszabb szemhosszúság előnyben részesítése, többek között Kína és India több régiójában, gazdaságossá teheti a megnövekedett szemhosszúságú rizs előállítását (Calingacion et al., 2014). Számos olyan kvantitatív vonást (QTL) azonosítottak, amelyek hozzájárulnak a rizs szemcseméretéhez, és különféle mechanizmusokon keresztül hatnak, beleértve a fitohormon jelátvitelt, a proteazomális lebontást és a transzkripciós faktorokat, amelyek befolyásolják a downstream génexpressziót (áttekintés céljából lásd: Zuo és Li, 2014 ). Az azonban továbbra sem tisztázott, hogy ezek a gének hogyan lépnek kölcsönhatásba a szabályozási útjaikon keresztül, és milyen keresztbeszéd folyik az útvonalak között vagy a hálózaton belül. Remélhetőleg további új QTL-ek jellemzése és azok hatásmódjának vizsgálata segít feltárni a rizs szemtermését szabályozó molekuláris mechanizmusokat.

E vonalak fejlődési elemzése együttvéve azt mutatja, hogy a GL6 pozitívan szabályozza a szemcsék hosszát és súlyát (1. ábra). Wang és mtsai. (2019) kimutatta, hogy a szemhossz és az azt követő 1000 szemtömeg szignifikánsan csökkent, amikor a teljes hosszúságú GL6 expressziója elveszett a NIL-gl6-ban. Ezzel szemben a NIL-gl6 kiegészítése a GLA4 teljes hosszúságú GL6-jával megmentette a fenotípust, még hosszabb szemcséket termelő vonalakkal, mint a vad típusú GLA4 szülői változatban. A megnövekedett hosszúság oka lehet a megnövekedett sejtosztódás, amely több hasonló méretű sejtet eredményez, vagy a megnövekedett sejthosszúság, ami hasonló számú hosszabb sejtet eredményez, vagy a kettő kombinációja. A szerzők megállapították, hogy a külső glume sejthossza nem különbözött szignifikánsan a tesztelt vonalak között; azonban a komplementációs vonalnak nagyobb volt az összes sejtszám, mint a GLA4 vad típusú szülői változatnak, amelynek viszont nagyobb volt az összes sejtszám, mint a teljes hosszúságú GL6 gént nélkülöző mutáns vonalaknak (1A. ábra).

szemcsehosszat

A GL6 szabályozza a szemcsehosszat a sejtszám révén, és befolyásolja a panicle fenotípusokat. Az A, NIL-gl6 vonalak szemcsehossza rövidebb, mint a GLA4 vad típusú (WT) szülőfajtaé, míg a kiegészített vonalak szemcsehossza megnő a vad típusú GLA4-hez képest. Az epidermális sejtek hossza nem különbözik a növényi vonalak között; a hosszabb szemcséknél azonban szemenként több sejt van, amint azt a fehér vonallal jelölt dobozok jelzik. B, Ha a teljes hosszúságú GL6 expressziója elvész a NIL-gl6-ban vagy a gén CRISPR-mutációja miatt, a panikahossz, a másodlagos elágazások száma és a panikulánként a tüskék száma nő, míg a szemcseméret és a növényenkénti hozam csökken . (4A. ábra Wang et al., 2019).

Mint korábban tárgyaltuk, a hozam nemcsak a szemcse súlyától függ, hanem a rostélyonként és a növényenként a szemcséktől is. Számos növényfaj esetében kompromisszumot állapítottak meg a szemcse súlya és a szemcseszám között (Sadras, 2007), és a mitogénnel aktivált protein-kináz szignalizáció részvételét a rizs szemcseszámának és tömegének összehangolásához kötötték (Guo et al., 2018). Míg a GL6 pozitívan szabályozza a szemcsék tömegét, a megnövekedett expresszió kevesebb szekunder ágat és kevesebb szemcsét eredményez paniklusonként (1B. Ábra). A Tiller száma csak a komplementációs vonalon nőtt, ahol a GL6 expresszió magasabb, mint a GLA4 fajtában. Tekintettel a GL6 szignifikánsan magasabb expressziójára ebben a sorban, érdekes lenne megvizsgálni, hogy van-e itt oksági összefüggés. Ezenkívül a GL6 csökkentheti a virágzat merisztéma aktivitását, mivel számos gén, amelyről ismert, hogy késlelteti a virágzatból a tüskés merisztémába való átmenetet (Yoshida et al., 2013), jelentősen felülszabályozódott a NIL-gl6-ban. Összességében azoknak a vonalaknak volt alacsonyabb a hozama, mint a vad típusú növényeknél, vagy csökkentették, vagy túlzottan expresszálták a GL6-ot, ami azt jelzi, hogy a GL6 érdekes célpont lehet a szemcsehossz megváltoztatására, és így csak akkor elégítheti ki a hosszabb szemek fogyasztói preferenciáit, ha elkerülhető a termésbüntetés.