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Sep 11, 2023

Die Unterdrückung von ASPARTIC PROTEASE 1 verlängert die Photosynthese und erhöht das Weizenkorngewicht

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Die Verlängerung der Photosynthese oder funktionelles Staygreen stellt eine praktikable Strategie dar, um den Metabolitenfluss zu Getreidekörnern voranzutreiben. Allerdings bleibt die Erreichung dieses Ziels bei Nahrungspflanzen eine Herausforderung. Hier berichten wir über das Klonen von Weizen-CO2-Assimilation und Kernel-Enhanced 2 (Kuchen2), den Mechanismus, der den Photosynthesevorteilen zugrunde liegt, und natürliche Allele, die für die Züchtung von Elitesorten zugänglich sind. Eine vorzeitige Stoppmutation in der A-Genomkopie des ASPARTIC PROTEASE 1 (APP-A1)-Gens erhöhte die Photosyntheserate und den Ertrag. APP1 band und baute PsbO ab, das schützende extrinsische Mitglied des Photosystems II, das für die Steigerung der Photosynthese und des Ertrags entscheidend ist. Darüber hinaus reduzierte ein natürlicher Polymorphismus des APP-A1-Gens in Weichweizen die Aktivität von APP-A1 und förderte die Photosynthese sowie Korngröße und -gewicht. Diese Arbeit zeigt, dass die Modifikation von APP1 die Photosynthese, die Korngröße und das Ertragspotenzial steigert. Die genetischen Ressourcen könnten die Photosynthese und das Hochertragspotenzial von Elitesorten des tetraploiden und hexaploiden Weizens vorantreiben.

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Diese Studie wurde vom National Key Research and Development Program of China (Fördernummer 2022YFF1002902) und der National Natural Science Foundation of China (Fördernummer 31972350) unterstützt. Wir danken C. Hao, X. Zhang von der Chinesischen Akademie der Agrarwissenschaften und Y. Jiao von der Peking-Universität für die Weitergabe der hexaploiden Weizensorten. Wir danken J. Dubcovsky von der University of California, Davis, für konstruktive Vorschläge.

MOE Engineering Research Center of Gene Technology, School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai, China

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- Ying Gou

Schlüssellabor für Nutzpflanzenheterose und -nutzung (MOE), Peking Schlüssellabor für genetische Verbesserung von Nutzpflanzen, China Agricultural University, Peking, China

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, Zhongfu Ni, Qixin Sun & Jin -Ying Gou

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J.-YG entwarf die Forschung, interpretierte die Daten und verfasste das Manuskript. K.-XN führte die meisten Experimente mit Hilfe von C.-YC, M.-QZ, Y.-TG, YY, H.-JS, G.-LZ, X.-ML, Y.-LG, C. durch .-HD und M.-LWZN und QS trugen zur Diskussion und Analyse der Daten bei.

Korrespondenz mit Jin-Ying Gou.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Plants dankt Lin Li und Thorsten Schnurbusch für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Beachten Sie, dass wir die Daten von GSE12508 in NCBI extrahiert haben.

Quelldaten

a,b, Sequenz des app-B1-Gens an der Mutationsstelle und ihre Auswirkung auf die kodierende Sequenz.

A. Vergleich der endogenen PsbO-Proteinspiegel in den Dysfunktionsmutanten. b, c. Korngrößen von WT und psbo-A1-Mutante. Balken = 1 cm. d–f. Phänotypische Daten von Körnern aus WT- und psbo-A1-Mutanten, einschließlich Kornlänge (n = 10), Kornbreite (n = 10), Korndicke (n = 20), 1000-Korn-Gewicht (n = 15), Kornrundheit ( n = 4) und Tonnen/HA (n = 3). Die dargestellten Daten bedeuten ± SD; Der zweiseitige, ungepaarte Student-t-Test gibt p-Werte an.

Quelldaten

Die spezifische enzymatische Aktivität von APP1 auf einem synthetischen Substrat und PsbO. A. Die spezifische enzymatische Aktivität von APP1 auf einem künstlichen Substrat. n = 4, die Daten stellen den Mittelwert ± SD dar und der zweiseitige, ungepaarte Student-t-Test gibt p-Werte an. B. Die spezifische enzymatische Aktivität von APP1 auf PsbO.

Quelldaten

A. Venn-Diagrammdarstellung hochregulierter Expressionsgene zwischen der app-A1-rückgekreuzten Mutante und WT. B. Venn-Diagrammdarstellung herunterregulierter Expressionsgene zwischen der app-A1-rückgekreuzten Mutante und WT. C. Die APP-A1-Expression in der app-A1-Mutante und im WT durch RNA-seq. n = 3, die Daten stellen den Mittelwert ± SD dar und der zweiseitige, ungepaarte Student-t-Test gibt p-Werte an. D. Die PsbO-A1-Expression in app-A1-Mutanten und WT durch RNA-seq. n = 3, die Daten stellen den Mittelwert ± SD dar und der zweiseitige, ungepaarte Student-t-Test gibt p-Werte an. GO (e)- und KEGG (f)-Analyse in der app-A1-Mutante. n = 3.

Quelldaten

Ergänzende Abbildungen. 1 und 2 und Daten 1 und 2.

Unbearbeitete Filme für Abb. 2.

Unbearbeitete Filme für Abb. 3.

Unbearbeitete Filme für Abb. 4.

Unbearbeitete Filme für Abb. 6.

Unverarbeitete Filme für Extended Data Abb. 3.

Unverarbeitete Filme für Extended Data Abb. 4.

Statistische Daten zu Abb. 1.

Statistische Daten zu Abb. 2.

Statistische Daten zu Abb. 3.

Statistische Daten zu Abb. 5.

Statistische Daten zu Abb. 6.

Statistische Daten für Extended Data Abb. 1.

Statistische Daten für Extended Data Abb. 3.

Statistische Daten für Extended Data Abb. 4.

Statistische Daten für Extended Data Abb. 5.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Niu, KX., Chang, CY., Zhang, MQ. et al. Die Unterdrückung von ASPARTIC PROTEASE 1 verlängert die Photosynthese und erhöht das Weizenkorngewicht. Nat. Pflanzen (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01432-x

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Eingegangen: 13. September 2022

Angenommen: 09. Mai 2023

Veröffentlicht: 05. Juni 2023

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

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