A reactive oxygen species burst causes haploid induction in maize

生物 转录组 活性氧 倍性 蛋白质组 代谢组 突变体 基因 表型 分子育种 细胞生物学 代谢组学 遗传学 基因表达 生物信息学
作者
Chenglin Jiang,Ju Sun,Rui Li,Shijuan Yan,Wei Chen,Liang Guo,Guochen Qin,Pengcheng Wang,Cheng Luo,Wenjie Huang,Qinghua Zhang,Alisdair R. Fernie,David Jackson,Xiang Li,Jianbing Yan
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier BV]
卷期号:15 (6): 943-955 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.molp.2022.04.001
摘要

Haploid induction (HI) is an important tool in crop breeding. Phospholipase A1 (ZmPLA1)/NOT LIKE DAD (NLD)/MATRILINEAL (MTL) is a key gene controlling HI in maize; however, the underlying molecular mechanism remains unclear. In this study, to dissect why loss of ZmPLA1 function could mediate HI we performed a comprehensive multiple omics analysis of zmpla1 mutant anthers by integrating transcriptome, metabolome, quantitative proteome, and protein modification data. Functional classes of significantly enriched or differentially abundant molecular entities were found to be associated with the oxidative stress response, suggesting that a reactive oxygen species (ROS) burst plays a critical role in HI. In support of this, we further discovered that a simple chemical treatment of pollen with ROS reagents could lead to HI. Moreover, we identified ZmPOD65, which encodes a sperm-specific peroxidase, as a new gene controlling HI. Taken together, our study revealed a likely mechanism of HI, discovered a new gene controlling HI, and created a new method for HI in maize, indicating the importance of ROS balance in maintaining normal reproduction and providing a potential route to accelerate crop breeding.

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