Overexpression of OsACL5 triggers environmentally‐dependent leaf rolling and reduces grain size in rice

生物 精胺 亚精胺 腐胺 突变体 功能(生物学) 植物 基因 细胞生物学 农学 园艺 生物化学
作者
Huafu Mai,Tian Qin,Huan Wei,Yu Zhang,Gang Pang,Zhiyong Liang,Jun Ni,Haishan Yang,Haiying Tang,Lin Xiao,Huili Liu,Taibo Liu
出处
期刊:Plant Biotechnology Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1111/pbi.14227
摘要

Summary Major polyamines include putrescine, spermidine, spermine and thermospermine, which play vital roles in growth and adaptation against environmental changes in plants. Thermospermine (T‐Spm) is synthetised by ACL5. The function of ACL5 in rice is still unknown. In this study, we used a reverse genetic strategy to investigate the biological function of OsACL5 . We generated several knockout mutants by pYLCRISPR/Cas9 system and overexpressing ( OE ) lines of OsACL5 . Interestingly, the OE plants exhibited environmentally‐dependent leaf rolling, smaller grains, lighter 1000‐grain weight and reduction in yield per plot. The area of metaxylem vessels of roots and leaves of OE plants were significantly smaller than those of WT, which possibly caused reduction in leaf water potential, resulting in leaf rolling with rise in the environmental temperature and light intensity and decrease in humidity. Additionally, the T‐Spm contents were markedly increased by over ninefold whereas the ethylene evolution was reduced in OE plants, suggesting that T‐Spm signalling pathway interacts with ethylene pathway to regulate multiple agronomic characters. Moreover, the osacl5 exhibited an increase in grain length, 1000‐grain weight, and yield per plot. OsACL5 may affect grain size via mediating the expression of OsDEP1 , OsGS3 and OsGW2 . Furthermore, haplotypes analysis indicated that OsACL5 plays a conserved function on regulating T‐Spm levels during the domestication of rice. Our data demonstrated that identification of OsACL5 provides a theoretical basis for understanding the physiological mechanism of T‐Spm which may play roles in triggering environmentally dependent leaf rolling; OsACL5 will be an important gene resource for molecular breeding for higher yield.
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