La suppression de l'ASPARTIC PROTEASE 1 prolonge la photosynthèse et augmente le poids des grains de blé

Jul 14, 2023

Nature Plants (2023)Citer cet article

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L’allongement de la photosynthèse, ou reste à feuilles fonctionnelles, représente une stratégie réalisable pour propulser le flux de métabolites vers les grains de céréales. Cependant, la réalisation de cet objectif reste un défi pour les cultures vivrières. Nous rapportons ici le clonage de l’assimilation du CO2 du blé et de l’amélioration des grains 2 (gâteau2), le mécanisme sous-jacent aux avantages de la photosynthèse et aux allèles naturels se prêtant à la sélection de variétés d’élite. Une mutation d’arrêt prématurée dans la copie du génome A du gène ASPARTIC PROTEASE 1 (APP-A1) a augmenté le taux et le rendement de la photosynthèse. Le PsbO lié et dégradé par APP1, l’élément extrinsèque protecteur du photosystème II essentiel pour augmenter la photosynthèse et le rendement. De plus, un polymorphisme naturel du gène APP-A1 dans le blé tendre a réduit l’activité de l’APP-A1 et favorisé la photosynthèse ainsi que la taille et le poids des grains. Ces travaux démontrent que la modification de l’APP1 augmente la photosynthèse, la taille des grains et les potentiels de rendement. Les ressources génétiques pourraient propulser la photosynthèse et les potentiels de rendement élevé dans les variétés élites de blé tétraploïde et hexaploïde.

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Nous avons déposé les données brutes de séquençage dans la base de données omnibus sur l’expression génique sous le code d’acquisition PRJNA861409. La correspondance et les demandes d’autres informations ou documents connexes doivent être adressées à l’auteur correspondant. Les données sources sont fournies avec le présent document.

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Cette étude a été soutenue par le National Key Research and Development Program of China (subvention no. 2022YFF1002902) et la National Natural Science Foundation of China (subvention no. 31972350). Nous remercions C. Hao, X. Zhang de l’Académie chinoise des sciences agricoles et Y. Jiao de l’Université de Pékin d’avoir partagé les variétés de blé hexaploïdes. Nous remercions J. Dubcovsky de l’Université de Californie à Davis pour ses suggestions constructives.

MOE Engineering Research Center of Gene Technology, École des sciences de la vie, Université Fudan, Shanghai, Chine

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

Laboratoire clé d’hétérosis et d’utilisation des cultures (MOE), Beijing Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, China Agricultural University, Beijing, Chine

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.-Y.G. a conçu la recherche, interprété les données et écrit le manuscrit. K.-X.N. a réalisé la plupart des expériences avec l’aide de C.-Y.C., M.-Q.Z., Y.-T.G., Y.Y., H.-J.S., G.-L.Z., X.-M.L., Y.-L.G., C.-H.D. et M.-L.W. Z.N. et Q.S. ont contribué à la discussion et à l’analyse des données.

Correspondance avec Jin-Ying Gou.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Plants remercie Lin Li et Thorsten Schnurbusch pour leur contribution à l’examen par les pairs de ce travail.

Note de l’éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Notez que nous avons extrait les données de GSE12508 dans NCBI.

Données sources

a,b, Séquence du gène app-B1 au site de mutation et son effet sur la séquence codante.

un. Comparaison des niveaux de protéines PsbO endogènes chez les mutants dysfonctionnels. b, c. Taille des grains du mutant WT et psbo-A1. Barres = 1 cm. d–f. Données phénotypiques des grains des mutants WT et psbo-A1, y compris la longueur du grain (n = 10), la largeur du grain (n = 10), l’épaisseur du grain (n = 20), le poids du grain 1000 (n = 15), la rondeur du grain (n = 4) et les tonnes / HA (n = 3). Les données représentées signifient ± écart-type; le test t de Student bilatéral non apparié indique des valeurs p.

Données sources

L’activité enzymatique spécifique de l’APP1 sur un substrat synthétique et du PsbO. un. L’activité enzymatique spécifique de l’APP1 sur un substrat artificiel. n = 4, les données représentées ± moyenne écart-type, et le test t de Student bilatéral non apparié indique des valeurs p. b. L’activité enzymatique spécifique de l’APP1 sur le PsbO.

Données sources

un. Représentation du diagramme de Venn des gènes d’expression régulés à la hausse entre le mutant rétrocroisé app-A1 et WT. b. Représentation du diagramme de Venn des gènes d’expression régulés à la baisse entre le mutant rétrocroisé app-A1 et WT. L’expression APP-A1 dans le mutant app-A1 et WT par RNA-seq. n = 3, les données représentées ± moyenne écart-type, et le test t de Student bilatéral non apparié indique des valeurs p. d. L’expression de PsbO-A1 dans le mutant app-A1 et WT par RNA-seq. n = 3, les données représentées ± moyenne écart-type, et le test t de Student bilatéral non apparié indique des valeurs p. Analyse GO (e) et KEGG (f) dans le mutant app-A1. n = 3.

Données sources

figues supplémentaires. 1 et 2 et données 1 et 2.

Films non traités pour Fig. 2.

Films non traités pour Fig. 3.

Films non traités pour Fig. 4.

Films non traités pour Fig. 6.

Films non traités pour données étendues Fig. 3.

Films non traités pour données étendues Fig. 4.

Données statistiques pour la Fig. 1.

Données statistiques pour la Fig. 2.

Données statistiques pour la Fig. 3.

Données statistiques pour la Fig. 5.

Données statistiques pour la Fig. 6.

Données statistiques pour les données étendues Fig. 1.

Données statistiques pour les données étendues Fig. 3.

Données statistiques pour les données étendues Fig. 4.

Données statistiques pour les données étendues Fig. 5.

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Réimpressions et autorisations

Niu, KX., Chang, CY., Zhang, MQ. et al. La suppression de la protéase ASPARTIQUE 1 prolonge la photosynthèse et augmente le poids des grains de blé. Plantes nat. (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01432-x

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Reçu: 13 septembre 2022

Acceptée: 09 mai 2023

Publication : 5 juin 2023

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

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