中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (9): 1633-1645.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.09.002
彭海霞1(), 卡得艳2, 张天星3, 周梦蝶2, 吴林楠2, 辛转霞1, 赵惠贤2, 马猛2()
收稿日期:
2022-11-28
接受日期:
2023-02-22
出版日期:
2023-05-01
发布日期:
2023-05-10
通信作者:
马猛,E-mail:mengma5@nwafu.edu.cn
联系方式:
彭海霞,E-mail:penghaixia@nwafu.edu.cn。
基金资助:
PENG HaiXia1(), KA DeYan2, ZHANG TianXing3, ZHOU MengDie2, WU LinNan2, XIN ZhuanXia1, ZHAO HuiXian2, MA Meng2()
Received:
2022-11-28
Accepted:
2023-02-22
Published:
2023-05-01
Online:
2023-05-10
摘要:
【目的】利用表达模式分析、转基因过表达和细胞学观察等策略,解析TaCYP78A5调控花器官大小的功能和机制,为作物遗传改良提供基因资源和理论基础。【方法】根据EnsemblPlants基因组数据库中不同物种CYP78A家族成员的序列信息,对小麦TaCYP78A5和其他物种中的同源基因进行序列比对和进化分析;利用生物信息学分析小麦TaCYP78A5的基因和蛋白结构,以及不同器官的表达模式;通过在拟南芥中组成型过表达和生殖器官局部特异性过表达TaCYP78A5的策略,明确TaCYP78A5具有调控花器官大小的功能;利用显微镜观察不同转基因拟南芥花器官的细胞学特征,解析TaCYP78A5调控花器官大小的细胞学机制;利用小麦转基因过表达策略,明确TaCYP78A5调控小麦穗部大小等其他穗部性状的功能;利用323份小麦品种的单倍型数据与穗部表型数据进行关联分析,探析不同小麦品种TaCYP78A5表达量的高低对穗部大小等其他穗部性状的影响。【结果】小麦TaCYP78A5与拟南芥AtCYP78A5的基因和蛋白序列相似性较低,但基因和蛋白结构相似性较高。小麦TaCYP78A5和拟南芥AtCYP78A5均在多个器官广泛表达,但在花器官中表达量最高。相较于野生型,在拟南芥中组成型过表达TaCYP78A5能导致花器官增大,花瓣面积显著增加13.5%—35.4%;而且仅在胚珠局部特异性过表达TaCYP78A5也足以导致拟南芥花器官增大,花瓣面积显著增加9%—22.1%;相反,拟南芥cyp78a5突变体的花器官则显著小于野生型,花瓣面积显著减少27%。在拟南芥中组成型过表达TaCYP78A5导致花瓣表皮细胞大小较野生型显著增加49%—54%,细胞数目较野生型显著减少11%—19%,局部特异性过表达TaCYP78A5也导致花瓣表皮细胞大小较野生型显著增加20%—49%,细胞数目较野生型显著减少8%—24%。在小麦中组成型过表达TaCYP78A5导致小麦穗长增加7.9%—8.9%,颖壳面积增大9.6%—14.7%,穗粒数增加12.4%—23.8%,小穗数和小穗粒数呈现不同程度的变化。单倍型分析结果显示,在323份小麦品种中,具有较高TaCYP78A5-A表达量的小麦品种比具有较低TaCYP78A5-A表达量的小麦品种的穗长更长,小穗粒数更多,小穗数更少,而穗粒数无显著差异。【结论】TaCYP78A5以一种非细胞自制的模式促进花器官生长,小麦和拟南芥过量表达该基因均能导致花器官的增大。
彭海霞, 卡得艳, 张天星, 周梦蝶, 吴林楠, 辛转霞, 赵惠贤, 马猛. 过量表达小麦TaCYP78A5增加花器官的大小[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1633-1645.
PENG HaiXia, KA DeYan, ZHANG TianXing, ZHOU MengDie, WU LinNan, XIN ZhuanXia, ZHAO HuiXian, MA Meng. Overexpression of Wheat TaCYP78A5 Increases Flower Organ Size[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(9): 1633-1645.
[1] |
doi: 10.1111/nph.2009.185.issue-1 |
[2] |
doi: 10.1093/oxfordjournals.aob.a087220 |
[3] |
doi: 10.1016/j.pbi.2013.11.005 pmid: 24507492 |
[4] |
doi: 10.1016/j.cub.2012.02.010 |
[5] |
doi: 10.1093/jxb/ert025 pmid: 23404902 |
[6] |
doi: 10.1016/j.cub.2005.12.026 pmid: 16461280 |
[7] |
doi: 10.1101/gad.463608 |
[8] |
doi: 10.1105/tpc.113.115063 |
[9] |
doi: 10.1038/sj.emboj.7601270 |
[10] |
doi: 10.1111/tpj.2009.60.issue-6 |
[11] |
|
[12] |
doi: 10.1105/tpc.107.055467 |
[13] |
|
[14] |
doi: 10.1186/1471-2164-6-92 |
[15] |
doi: 10.1046/j.1365-313X.1999.00523.x |
[16] |
pmid: 18061566 |
[17] |
doi: 10.3390/ijms23084219 |
[18] |
|
[19] |
doi: 10.1105/tpc.108.058180 |
[20] |
doi: 10.1371/journal.pgen.1009043 |
[21] |
doi: 10.1104/pp.113.218214 |
[22] |
doi: 10.1105/tpc.12.9.1541 |
[23] |
doi: 10.1111/tpj.2012.70.issue-6 |
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
doi: 10.1016/S1672-6308(13)60140-7 |
[27] |
doi: 10.1111/tpj.12223 pmid: 23621326 |
[28] |
|
[29] |
doi: 10.1093/mp/sst107 pmid: 23775595 |
[30] |
doi: 10.1111/tpj.12896 |
[31] |
doi: 10.1111/pbi.v20.1 |
[32] |
doi: 10.1038/ncomms14752 pmid: 28300078 |
[33] |
doi: 10.1093/plphys/kiaa034 pmid: 33721894 |
[34] |
doi: 10.1016/j.cub.2010.01.039 |
[35] |
doi: 10.1093/plphys/kiab067 |
[36] |
周梦蝶, 李梦瑶, 吴林楠, 郭利建, 王倩, 马猛. 小麦TaKLU基因调控植物株型的研究. 麦类作物学报, 2022, 42(4): 399-406.
|
|
|
[37] |
doi: 10.1046/j.1439-0310.2002.00778.x |
[38] |
doi: 10.1111/nph.2010.188.issue-2 |
[39] |
doi: 10.1086/319193 pmid: 18707288 |
[40] |
doi: 10.2135/cropsci2016.06.0511 |
[41] |
doi: 10.1093/jxb/erv378 pmid: 26246614 |
[42] |
doi: 10.1093/jxb/erp019 pmid: 19228817 |
[43] |
doi: 10.1093/jxb/eru549 pmid: 25609830 |
[44] |
doi: 10.1146/arplant.1998.49.issue-1 |
[45] |
|
[46] |
doi: 10.1101/gad.13.23.3160 |
[47] |
doi: 10.1086/285413 |
[48] |
|
[49] |
doi: 10.1105/tpc.110.081653 |
[50] |
doi: 10.1007/s00425-012-1639-5 pmid: 22476293 |
[51] |
doi: 10.1038/nchembio.165 pmid: 19377456 |
[52] |
|
[1] | 魏永康, 杨天聪, 臧少龙, 贺利, 段剑钊, 谢迎新, 王晨阳, 冯伟. 基于无人机多光谱影像特征融合的小麦倒伏监测[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1670-1685. |
[2] | 张旭, 韩金妤, 李晨晨, 张丹丹, 吴启蒙, 刘胜杰, 焦韩轩, 黄硕, 李春莲, 王长发, 曾庆东, 康振生, 韩德俊, 吴建辉. 结合基因关联和转录组分析鉴定小麦成株期抗条锈病位点YrZ501-2BL的候选基因[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1429-1443. |
[3] | 韩紫璇, 房静静, 武雪萍, 姜宇, 宋霄君, 刘晓彤. 长期秸秆配施化肥下土壤团聚体碳氮分布、微生物量与小麦产量的协同效应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(8): 1503-1514. |
[4] | 马胜兰, 况福虹, 林洪羽, 崔俊芳, 唐家良, 朱波, 蒲全波. 秸秆还田量对川中丘陵冬小麦-夏玉米轮作体系土壤物理特性的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1344-1358. |
[5] | 南瑞, 杨玉存, 石芳慧, 张礼宁, 米彤茜, 张立强, 李春艳, 孙风丽, 奚亚军, 张超. 小麦源库优异种质的鉴定与源库类型的划分[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1019-1034. |
[6] | 常春义, 曹元, Ghulam Mustafa, 刘红艳, 张羽, 汤亮, 刘兵, 朱艳, 姚霞, 曹卫星, 刘蕾蕾. 白粉病对小麦光合特性的影响及病害严重度的定量模拟[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1061-1073. |
[7] | 王箫璇, 张敏, 张鑫尧, 魏鹏, 柴如山, 张朝春, 张亮亮, 罗来超, 郜红建. 不同磷肥对砂姜黑土和红壤磷库转化及冬小麦磷素吸收利用的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1113-1126. |
[8] | 王脉, 董清峰, 高珅奥, 刘德政, 卢山, 乔朋放, 陈亮, 胡银岗. 小麦苗期根系性状的全基因组关联分析与优异位点挖掘[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 801-820. |
[9] | 樊志龙, 胡发龙, 殷文, 范虹, 赵财, 于爱忠, 柴强. 干旱灌区春小麦水分利用特征对绿肥与麦秸协同还田的响应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 838-849. |
[10] | 郭燕, 井宇航, 王来刚, 黄竞毅, 贺佳, 冯伟, 郑国清. 基于无人机影像特征的冬小麦植株氮含量预测及模型迁移能力分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 850-865. |
[11] | 王建锋, 成嘉欣, 舒伟学, 张艳茹, 王晓杰, 康振生, 汤春蕾. 小麦条锈菌效应蛋白Hasp83在条锈菌致病性中的功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 866-878. |
[12] | 丁锦峰, 徐东忆, 丁永刚, 朱敏, 李春燕, 朱新开, 郭文善. 栽培模式对稻茬小麦籽粒产量、氮素吸收利用和群体质量的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 619-634. |
[13] | 陈吉浩, 周界光, 曲翔汝, 王素容, 唐华苹, 蒋云, 唐力为, $\boxed{\hbox{兰秀锦}}$, 魏育明, 周景忠, 马建. 四倍体小麦胚大小性状QTL定位与分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(2): 203-216. |
[14] | 严艳鸽, 张水勤, 李燕婷, 赵秉强, 袁亮. 葡聚糖改性尿素对冬小麦产量和肥料氮去向的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(2): 287-299. |
[15] | 徐久凯, 袁亮, 温延臣, 张水勤, 李燕婷, 李海燕, 赵秉强. 畜禽有机肥氮在冬小麦季对化肥氮的相对替代当量[J]. 中国农业科学, 2023, 56(2): 300-313. |
|