Natural variation in MORE GRAINS 1 regulates grain number and grain weight in rice

水稻 扩张素 生物 粳稻 基因 转基因水稻 农学 植物 基因表达 遗传学 转基因作物 转基因
作者
Yingchun Han,Qianfeng Hu,Nuo Gong,Huimin Yan,Najeeb Ullah Khan,Yanxiu Du,Hongzheng Sun,Quanzhi Zhao,Wanxi Peng,Zichao Li,Zhanying Zhang,J Q Li
出处
期刊:Journal of Integrative Plant Biology [Wiley]
卷期号:66 (7): 1440-1458 被引量:8
标识
DOI:10.1111/jipb.13674
摘要

ABSTRACT Grain yield is determined mainly by grain number and grain weight. In this study, we identified and characterized MORE GRAINS1 ( MOG1 ), a gene associated with grain number and grain weight in rice ( Oryza sativa L.), through map‐based cloning. Overexpression of MOG1 increased grain yield by 18.6%–22.3% under field conditions. We determined that MOG1, a bHLH transcription factor, interacts with OsbHLH107 and directly activates the expression of LONELY GUY ( LOG ), which encodes a cytokinin‐activating enzyme and the cell expansion gene EXPANSIN‐LIKE1 ( EXPLA1 ), positively regulating grain number per panicle and grain weight. Natural variations in the promoter and coding regions of MOG1 between Hap‐LNW and Hap‐HNW alleles resulted in changes in MOG1 expression level and transcriptional activation, leading to functional differences. Haplotype analysis revealed that Hap‐HNW, which results in a greater number and heavier grains, has undergone strong selection but has been poorly utilized in modern lowland rice breeding. In summary, the MOG1–OsbHLH107 complex activates LOG and EXPLA1 expression to promote cell expansion and division of young panicles through the cytokinin pathway, thereby increasing grain number and grain weight. These findings suggest that Hap‐HNW could be used in strategies to breed high‐yielding temperate japonica lowland rice.
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