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Plant physiology |扬州大学梁国华课题组揭示精胺合酶OsSPMS1调节种子发芽,籽粒大小和产量

多胺是一类具有很强生物活性的低分子量脂肪族阳离子,广泛存在于原核和真核生物中。多胺代谢是最后一个普遍共同祖先中存在的原始代谢途径之一,对真核生物、古细菌和许多细菌的细胞扩增和生长至关重要。因此,多胺生物合成通常被用作分析生物合成多样性的基本进化机制的例子,包括基因复制、水平基因转移、基因融合和基因丢失。然而,参与多胺合成的基因机制以及水稻生长和产量生产的调控仍然难以捉摸。

 

扬州大学农学院梁国华团队在期刊《Plant Physiology》上发表文章”The Spermine Synthase OsSPMS1 Regulates Seed Germination, Grain Size, and Yield”,文章揭示OsSPMS1基因在亚精胺转化为精胺(SPM)中起重要作用,并且它也影响1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)和乙烯的合成。文章中多胺检测内容由南京瑞源生物技术有限公司提供。

OsSPMS1蛋白的表达模式和亚细胞定位

由四个预测的水稻SPDS / SPMS编码基因编码的蛋白质的功能尚未鉴定。在这项研究中,研究人员调查了OsSPMS1在水稻中的作用。逆转录定量PCR(RT-qPCR)分析表明,OsSPMS1在叶,节,鞘,根,茎和穗中组成性表达,在叶中的表达水平最高。在穗发育的早期阶段,OsSPMS1的表达水平随穗伸长而增加,但在到达顶峰后显着下降。为了进一步了解OsSPMS1的表达谱,OsSPMS1的1.9-kb启动子区克隆OsSPMS1以驱动GUS基因,并将启动子-GUS构建体转化到水稻植株中。GUS染色表明,OsSPMS1在叶,节,茎和鞘中大量表达;而OsSPMS1在叶,节,茎和鞘中大量表达。它在根中也有表达,在根尖有特别强的染色。我们还比较了不同发育阶段穗间的GUS活性,并观察到与RT-qPCR数据相似的结果。

OsSPMS1的组织特异性表达和亚细胞定位

 

OsSPMS1影响多胺合成

在植物中,SPDS催化从Put到Spd的转化,然后可以通过SPMS将其转化为Spm。为了验证OsSPMS1是否影响多胺的合成,研究人员在抽穗期检测到旗叶中的多胺含量。OsSPMS1的下调导致内源性put和Spm但在spd含量的增加。OsSPMS1的过度表达导致Spd的大量消耗和Put的积累。但是,野生型和OE植物之间的Spm含量没有显着差异。我们还计算了Spm与Spd的比率,与野生型相比,在两个RNAi系中显着降低,在两个OE系中极度升高。另外,OsSPMS1的表达可以被Spd迅速诱导并被Spm抑制,但在Put处理后并没有改变。基于这些发现,研究人员提出OsSPMS1可以消耗Spd并起到SPMS的作用,OsSPMS1影响乙烯体内平衡以调节种子萌发和根冠发育。


野生型(WT)和转基因植物中内源多胺含量的比较

 

在这项研究中,研究人员在功能上表征了OsSPMS1基因,该基因可能编码水稻中的SPMS。所述OsSPMS1基因在亚精胺转化为精胺(SPM)中起重要作用,并且它也影响1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)和乙烯的合成。OsSPMS1基因的操纵对多种性状具有实质性影响,包括植物高度,籽粒大小,种子发芽和产量产生。更重要的是,敲除OsSPMS1可以进一步提高高产品种的谷物产量,这表明OsSPMS1是提高水稻产量的关键目标基因。

原文链接:http://www.plantphysiol.org/content/178/4/1522

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Plant physiology |扬州大学梁国华课题组揭示精胺合酶OsSPMS1调节种子发芽,籽粒大小和产量
多胺是一类具有很强生物活性的低分子量脂肪族阳离子,广泛存在于原核和真核生物中。多胺代谢是最后一个普遍共同祖先中存在的原始代谢途径之一,对真核生物、古细菌和许多细菌的细胞扩增和生长至关重要。因此,多胺生物合成通常被用作分析生物合成多样性的基本进化机制的例子,包括基因复制、水平基因转移、基因融合和基因丢失。然而,参与多胺合成的基因机制以及水稻生长和产量生产的调控仍然难以捉摸。
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