Grain yield improvement by genome editing of TaARF12 that decoupled peduncle and rachis development trajectories via differential regulation of gibberellin signalling in wheat

生物 转录组 基因 赤霉素 花序梗(解剖学) 数量性状位点 油菜素甾醇 基因组 拟南芥 生长素 生物发生 遗传学 植物 基因表达 突变体
作者
Xingchen Kong,Fang Wang,Zhenyu Wang,Xiuhua Gao,Shuaifeng Geng,Zhongyin Deng,Shuang Zhang,Mingxue Fu,Dada Cui,Shaoshuai Liu,Yuqing Che,Ruyi Liao,Lingjie Yin,Peng Zhou,Ke Wang,Xingguo Ye,Dengcai Liu,Xiangdong Fu,Long Mao,Aili Li
出处
期刊:Plant Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:21 (10): 1990-2001 被引量:22
标识
DOI:10.1111/pbi.14107
摘要

Summary Plant breeding is constrained by trade‐offs among different agronomic traits by the pleiotropic nature of many genes. Genes that contribute to two or more favourable traits with no penalty on yield are rarely reported, especially in wheat. Here, we describe the editing of a wheat auxin response factor TaARF12 by using CRISPR/Cas9 that rendered shorter plant height with larger spikes. Changes in plant architecture enhanced grain number per spike up to 14.7% with significantly higher thousand‐grain weight and up to 11.1% of yield increase under field trials. Weighted Gene Co‐Expression Network Analysis (WGCNA) of spatial–temporal transcriptome profiles revealed two hub genes: RhtL1 , a DELLA domain‐free Rht‐1 paralog, which was up‐regulated in peduncle, and TaNGR5 , an organ size regulator that was up‐regulated in rachis, in taarf12 plants. The up‐regulation of RhtL1 in peduncle suggested the repression of GA signalling, whereas up‐regulation of TaNGR5 in spike may promote GA response, a working model supported by differential expression patterns of GA biogenesis genes in the two tissues. Thus, TaARF12 complemented plant height reduction with larger spikes that gave higher grain yield. Manipulation of TaARF12 may represent a new strategy in trait pyramiding for yield improvement in wheat.
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