赤霉素3β-羟化酶的下调增强了大豆的光合作用并提高了种子产量

文章信息

题目：Downregulation of a gibberellin 3β-hydroxylase enhances photosynthesis and increases seed yield in soybean

刊名：New Phytologist

作者：Fang Huang,Zhixi Tian,Deyue Yu et al.

单位：Nanjing Agricultural University

日期：09 April 2022‍

01

摘要

种子产量主要取决于种子数量和种子重量，是大豆育种的主要目标。识别产量相关性状的基因具有重要意义。

通过联合连锁图谱和100粒重的全基因组关联研究，我们克隆了GmGA3ox1，这是一种编码赤霉素3β-羟化酶的基因，它是赤霉素合成途径中的关键酶。

基因组测序鉴定出一种有益的GmGA3ox1单倍型，有助于提高种子重量，大豆转化子进一步证实了这一点。CRISPR/Cas9产生的gmga3ox1突变体显示出较低的种子重量，但通过增加种子数量提高了种子产量。gmga3ox1突变体减少赤霉素生物合成，同时增强光合作用。GmGA3ox1的敲除导致许多光合作用相关基因的上调，特别是编码核酮-1,5-二磷酸羧化酶加氧酶（Rubisco）活性的GmRCA家族。基本亮氨酸拉链转录因子GmbZIP97和GmbZIP159，在gmga3ox1突变体中均上调，并由赤霉素合成抑制剂尤尼康唑诱导，可与GmRCAβ的启动子结合并激活其表达。对2700多份大豆材料的基因组序列分析表明，GmGA3ox1正逐渐用于现代育种。

我们的结果阐明了GmGA3ox1在大豆产量中的重要作用。这些发现揭示了大豆和其他作物未来高产育种的重要线索。

02

技术路线

The soybean (Glycine max (L.) Merr.) materials were used for trait collection

Population phenotyping analysis

Linkage mapping

GWAS

RNA extraction and quantitative real-time PCR (qRT-PCR)

b-Glucuronidase (GUS) staining

Vector construction for Arabidopsis transformation

Overexpression and knockout of GmGA3ox1 in soybean

Transcriptome profiling

Scanning electron microscopy

Net photosynthesis rate, Rubisco activity and sugar contentdetermination

Yeast one-hybrid (Y1H) assays

Luciferase (LUC) transient expression assays

Phylogenetic analysis\Haplotype analysis of GmGA3ox1

03

主要结果

3.1 联合连锁分析和GWAS鉴定与大豆种子重量相关的qSW7-1

我们从184个RIL（来源于KF No.1和NN 1138-2之间的杂交）的二分群体中收集了三种环境中的100粒种子重量数据。100粒种子的重量在不同环境中表现出很大的差异，NN 1138-22的100粒重量高于KF No.2（表S2）。RIL的频率分布呈正态分布（图S1a），表明种子重量是一个复杂的数量性状，由多个基因控制。