La supresión de la PROTEASA ASPARTICA 1 prolonga la fotosíntesis y aumenta el peso del grano de trigo

Naturaleza Plantas (2023)Citar este artículo

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El alargamiento de la fotosíntesis, o staygreen funcional, representa una estrategia factible para impulsar el flujo de metabolitos hacia los granos de cereal. Sin embargo, lograr este objetivo sigue siendo un desafío en los cultivos alimentarios. Aquí informamos sobre la clonación de la asimilación de CO2 del trigo y el kernel mejorado 2 (cake2), el mecanismo subyacente a las ventajas de la fotosíntesis y los alelos naturales susceptibles de reproducir variedades de élite. Una mutación de parada prematura en la copia del genoma A del gen de la PROTEASA ASPARTICA 1 (APP-A1) aumentó la tasa y el rendimiento de la fotosíntesis. APP1 se unió y degradó PsbO, el miembro extrínseco protector del fotosistema II crítico para aumentar la fotosíntesis y el rendimiento. Además, un polimorfismo natural del gen APP-A1 en el trigo blando redujo la actividad de APP-A1 y promovió la fotosíntesis y el tamaño y peso del grano. Este trabajo demuestra que la modificación de APP1 aumenta la fotosíntesis, el tamaño de grano y los potenciales de rendimiento. Los recursos genéticos podrían impulsar la fotosíntesis y los potenciales de alto rendimiento en variedades élite de trigo tetraploide y hexaploide.

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Este estudio fue apoyado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China (subvención n.° 2022YFF1002902) y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (subvención n.° 31972350). Agradecemos a C. Hao, X. Zhang de la Academia China de Ciencias Agrícolas e Y. Jiao de la Universidad de Pekín por compartir las variedades de trigo hexaploide. Agradecemos a J. Dubcovsky de la Universidad de California, Davis, por sus sugerencias constructivas.

MOE Centro de Investigación de Ingeniería de Tecnología Genética, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad de Fudan, Shanghái, 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 y Jin- Ying Gou

Laboratorio Clave de Heterosis y Utilización de Cultivos (MOE), Laboratorio Clave de Mejoramiento Genético de Cultivos de Beijing, Universidad Agrícola de China, Beijing, 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 y Jin -Ying Gou

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J.-YG diseñó la investigación, interpretó los datos y escribió el manuscrito. K.-XN realizó la mayoría de los experimentos con la ayuda de C.-YC, M.-QZ, Y.-TG, YY, H.-JS, G.-LZ, X.-ML, Y.-LG, C .-HD y M.-LWZN y QS contribuyeron a la discusión y análisis de los datos.

Correspondencia a Jin-Ying Gou.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature Plants agradece a Lin Li y Thorsten Schnurbusch por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Tenga en cuenta que extrajimos los datos de GSE12508 en NCBI.

Datos fuente

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Datos fuente

La actividad enzimática específica de APP1 sobre un sustrato sintético y PsbO. a. La actividad enzimática específica de APP1 en un sustrato artificial. n = 4, los datos representan la media ± SD, y la prueba t de Student no apareada de dos colas indica valores de p. b. La actividad enzimática específica de APP1 en PsbO.

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a. Representación del diagrama de Venn de genes de expresión regulados al alza entre el mutante retrocruzado app-A1 y WT. b. Representación del diagrama de Venn de genes de expresión regulados a la baja entre el mutante retrocruzado app-A1 y WT. C. La expresión de APP-A1 en mutantes app-A1 y WT a través de RNA-seq. n = 3, los datos representan la media ± DE, y la prueba t de Student no apareada de dos colas indica valores de p. d. La expresión de PsbO-A1 en mutantes app-A1 y WT a través de RNA-seq. n = 3, los datos representan la media ± DE, y la prueba t de Student no apareada de dos colas indica valores de p. Análisis GO (e) y KEGG (f) en el mutante app-A1. n = 3.

Datos fuente

Figs suplementarias. 1 y 2 y Datos 1 y 2.

Películas sin procesar para la Fig. 2.

Películas sin procesar para la Fig. 3.

Películas sin procesar para la Fig. 4.

Películas sin procesar para la Fig. 6.

Películas sin procesar para datos extendidos Fig. 3.

Películas sin procesar para datos extendidos Fig. 4.

Datos estadísticos para la figura 1.

Datos estadísticos para la figura 2.

Datos estadísticos para la Fig. 3.

Datos estadísticos para la Fig. 5.

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Datos estadísticos para datos extendidos Fig. 1.

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Datos estadísticos para datos extendidos Fig. 5.

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Reimpresiones y permisos

Niu, KX., Chang, CY., Zhang, MQ. et al. La supresión de ASPARTIC PROTEASE 1 prolonga la fotosíntesis y aumenta el peso del grano de trigo. Nat. Plantas (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01432-x

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Recibido: 13 Septiembre 2022

Aceptado: 09 mayo 2023

Publicado: 05 junio 2023

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

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