TaWUS‐like‐5D affects grain weight and filling by inhibiting the expression of sucrose and trehalose metabolism‐related genes in wheat grain endosperm

胚乳 生物 大块分离分析 数量性状位点 基因 细胞生物学 突变体 遗传学 候选基因 转录因子 基因定位 染色体
作者
Hongxia Liu,Tian Li,Juan Hou,Xiang-Chu Yin,Yali Wang,Xuemei Ma,Shoaib Ur Rehman,Zhuang Li,Weilong Guo,Chenyang Hao,Xueyong Zhang
出处
期刊:Plant Biotechnology Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1111/pbi.70015
摘要

Plant-specific WUSCHEL-related homeobox (Wox) transcription factors (TFs) are crucial for plant growth and development. However, the molecular mechanism of Wox-mediated regulation of thousand kernel weight (TKW) in crops remains elusive. In this research, we identified a major TKW-associated quantitative trait locus (QTL) on wheat chromosome 5DS by performing a genome-wide association study (GWAS) of a Chinese wheat mini-core collection (MCC) in four environments combined by bulked segregant analysis (BSA) and bulked segregant RNA-sequencing (BSR-seq) of wheat grains exhibiting a wide range of TKWs. The candidate TaWUS-like-5D was highly expressed in developing grains and was found to strongly negative influence grain TKW and wheat yield. Meanwhile, the RNAi lines, CRISPR/Cas9-edited single and double knockout mutants (AABBdd and AAbbdd), as well as the stop-gained aaBB Kronos mutants, exhibited a significant increase in grain size and TKW (P < 0.05 or P < 0.01) and a 10.0% increase in yield (P < 0.01). Further analyses indicated that TaWUS-like-5D regulates TKW by inhibiting the transcription of sucrose, hormone and trehalose metabolism-related genes, subsequently sharply decreasing starch synthesis in wheat grains. The results of this study provide a fundamental molecular basis for further elucidating the mechanism of Wox-mediated regulation of grain development in crops.

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