The transcription factor CAMTA2 interacts with the histone acetyltransferase GCN5 and regulates grain weight in wheat

谷蛋白 生物 胚乳 发起人 突变体 转录因子 淀粉 生物化学 分子生物学 基因 基因表达 蛋白质亚单位
作者
Ruijie Zhang,Kexin An,Yujiao Gao,Zhaoheng Zhang,Xiaobang Zhang,Xue Zhang,Vincenzo Rossi,Yuan Cao,Jun Xiao,Mingming Xin,Jinkun Du,Zhaorong Hu,Jie Liu,Huiru Peng,Zhongfu Ni,Qixin Sun,Yingyin Yao
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:36 (12): 4895-4913 被引量:16
标识
DOI:10.1093/plcell/koae261
摘要

Abstract Grain weight and size are major traits targeted in breeding to improve wheat (Triticum aestivum L.) yield. Here, we find that the histone acetyltransferase GENERAL CONTROL NONDEREPRESSIBLE 5 (GCN5) physically interacts with the calmodulin-binding transcription factor CAMTA2 and regulates wheat grain size and weight. gcn5 mutant grains were smaller and contained less starch. GCN5 promoted the expression of the starch biosynthesis genes SUCROSE SYNTHASE 2 (Sus2) and STARCH-BRANCHING ENZYME Ic (SBEIc) by regulating H3K9ac and H3K14ac levels in their promoters. Moreover, immunoprecipitation coupled to mass spectrometry (IP–MS) revealed that CAMTA2 physically interacts with GCN5. The CAMTA2–GCN5 complex activated Sus2 and SBEIc by directly binding to their promoters and depositing H3K9ac and H3K14ac marks during wheat endosperm development. camta2 knockout mutants exhibited similar phenotypes to gcn5 mutants, including smaller grains that contained less starch. In gcn5 mutants, transcripts of high-molecular-weight (HMW) Glutenin (Glu) genes were downregulated, leading to reduced HMW glutenin protein levels, gluten content, and sodium dodecyl sulfate (SDS) sedimentation volume. However, the association of GCN5 with Glu genes was independent of CAMTA2, since GCN5 enrichment on Glu promoters was unchanged in camta2 knockouts. Finally, we identified a CAMTA2-AH3 elite allele that corresponded with enhanced grain size and weight, serving as a candidate gene for breeding wheat varieties with improved grain weight.
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