跳到主要内容gydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba通过调节水稻的线粒体和叶绿体稳定性,通过调节线粒体和叶绿体稳定性有助于叶和穗状花质素gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

叶形形态和穗状花序数是与谷物产量相关的两个重要性状。要了解如何与谷物作物的水槽和谷物来源协调的基因对于粮食产量提高指导是重要的。虽然许多研究专注于水稻中的叶形形态或晶粒数,但调节分子机制仍然不清楚。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

在这项研究中,我们确定了抑制素复杂2α亚基,NAL8,有助于多个发育过程和所需的正常叶宽和小穗数在水稻繁殖阶段。这些结果与无处不表达模式一致gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因。我们使用遗传互补,CRISPR / CAS9基因编辑系统,RNAi基因沉默的系统和过表达系统产生转基因植物,用于确认致命gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba。突变的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba导致plastoglobules和收缩囊体在叶绿体数目的减少,从而减少细胞分裂。此外,生长素水平gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体的细胞分裂素水平高于TQ,而细胞分裂素水平低于TQ。此外,rna测序和蛋白质组学分析表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba涉及多种激素信号传导途径以及线粒体中叶绿体中的光合作用和线粒体的呼吸。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

我们的发现为gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba用作通过其与细胞分裂相关的线粒体和叶绿体效果调节植物叶形态和小穗数分子伴侣。gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

米是世界上最重要的谷物作物,因为它每天喂养超过50%的人口[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba].传统上,分蘖数,粒重和每穗粒的数量被认为是确定谷物产量的主要因素[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba].植物叶的尺寸和形状也是与光合效率相关的重要农艺性状[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba].为了揭示水稻源叶片大小和形状与库中小穗数之间的平衡的分子机制,许多研究都集中在鉴定参与这些过程的数量性状位点(qtl)。最近发现了许多基因和通路,证实了多种植物激素信号通路、mirna和转录因子参与了生殖分生组织活动的维持[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

叶大小和叶卷是与作物产量相关的植物结构的关键组成部分[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba].非生物胁迫,如温度、盐、紫外线辐射和有毒重金属,可以影响叶片的形态,并进一步干扰光接受、碳固定、碳同化和光合速率[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba].最近,一些关于水稻叶片大小和形状的研究报道[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba],突出光合作用和水稻生产叶片形态的关联。特别地,已经鉴定出与谷物数和植物开发相​​关的几种QTL,并在稻米中表征[gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba16.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba17.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba21.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22.gydF4y2Ba]这些基因通过各种植物激素介导的信号转导参与细胞分化和细胞增殖。gydF4y2Ba

prhibitins(phbs)是真核生物中普遍存在的,高度保守的蛋白质[gydF4y2Ba23.gydF4y2Ba[存在作为由两个高度同源亚基,PHB1和PHB2组成的复合物存在。在先前的研究中,PHB1被鉴定为有助于抗增殖活性的潜在肿瘤抑制剂,并且PHB2被鉴定为核雌激素受体活性的阻遏物,其导致PHBS被鉴定为药物发现和医学应用的潜在目标[gydF4y2Ba24.gydF4y2Ba].12 - 16个phb相互结合,在线粒体内膜形成环状异质二聚体结构,用于稳定线粒体基因组[gydF4y2Ba25.gydF4y2Ba].此外,较早的报告表明,禁止对RAS的RAF-MEK-ERK途径的激活是必不可少的[gydF4y2Ba26.gydF4y2Ba].在gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba,有七个保守的gydF4y2Ba博士gydF4y2Ba基因(gydF4y2Ba27.gydF4y2Ba]与公司开发有关。的gydF4y2Ba拟南芥PHB3gydF4y2Ba基因在乙烯诱导的基因表达中显示多种功能[gydF4y2Ba28.gydF4y2Ba]、一氧化氮(NO)的积累及反应[gydF4y2Ba29.gydF4y2Ba],水杨酸(SA)生物合成诱导[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba,静止中心细胞(QC)和远端干细胞(DSC)鉴定[gydF4y2Ba31.gydF4y2Ba]和根分生组织细胞增殖[gydF4y2Ba32.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba33.gydF4y2Ba].此外,gydF4y2Baopspb1.gydF4y2Ba通过在水稻中的防御反应和程序性细胞死亡(PCD)中形成二聚体参与细胞死亡和衰老[gydF4y2Ba34.gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

本研究采用甲基磺酸乙酯(EMS)诱变技术,对水稻叶片宽度和粒数进行了调控gydF4y2BaindicgydF4y2Ba米品种'teqing'(tq),以及孤立的狭窄叶宽和粒度突变,我们命名gydF4y2Ba窄叶8gydF4y2Ba(gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba).我们特征gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba该基因编码一个在水稻中起分子伴侣作用的禁止素2α亚基。转基因试验证实了这一点gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba负责控制水稻中的叶宽和晶粒数。此外,叶片超微结构和叶血管束的亚细胞结构严重改变gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体,这表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba参与光合效率和细胞分裂的调节。rna测序(RNA-seq)和蛋白质组学分析表明,NAL8是一种重要的光合和呼吸调节因子,在水稻育种中具有提高产量的潜力。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

nal8突变体的特征及鉴定gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体是从精英的EMS突变库中分离的gydF4y2Baoryza sativa indica.gydF4y2Ba品种tq。突变体显示出叶宽和小穗数,略微降低的植物高度(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Baa, b, c).考虑到叶宽是该突变体最显著的表型,我们将其命名为叶宽gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba。我们还测量了许多植物特征,发现平均植物高度,平均旗叶宽度和平均穗状花芯数量显着降低gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba与TQ相比的突变植株(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bad,e,f)。此外,TQ和TQ之间的平均产量和普通种子重量也显着差异gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bag、 h)尽管在该地区粮食产量gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体的结实率明显降低,TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变植物是相似的,表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba不参与在稻(受精过程图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bai).然后我们比较了籽粒大小和旗叶长度,发现平均粒宽和旗叶长度与TQ相比没有差异(附加文件gydF4y2Ba1gydF4y2Ba:图S1A-E)。的表型gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba植物表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因在水稻中的形态发生中起重要作用。gydF4y2Ba

图。1gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

形态学gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变植物示出了窄叶宽和减少的小穗数。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba野生型TQ的植物架构和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba生殖阶段的突变体。比例尺= 15厘米。gydF4y2BabgydF4y2BaTQ的旗子叶子和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。比例尺= 5厘米。gydF4y2BacgydF4y2Ba成熟穗的TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。秤杆= 10厘米。gydF4y2BadgydF4y2Ba-gydF4y2Ba我gydF4y2Ba比较gydF4y2BadgydF4y2Ba平均株高,gydF4y2BaegydF4y2Ba旗叶平均宽度,gydF4y2BafgydF4y2Ba平均小穗数,gydF4y2BaggydF4y2Ba每个植物的平均产量,gydF4y2BahgydF4y2Ba平均千种子重量和gydF4y2Ba我gydF4y2Ba平均结实率在TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。gydF4y2BangydF4y2Ba=所有6个比较的20个植物。值gydF4y2BadgydF4y2Ba-gydF4y2Ba我gydF4y2Ba为平均值±标准差。*gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.05; **PgydF4y2Ba < 0.01 compared with the corresponding TQ wild-type using Student’stgydF4y2Ba-测试gydF4y2Ba

确定候选人gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因,我们产生了一个FgydF4y2Ba2gydF4y2Ba源于交叉之间的人口gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变线和gydF4y2Bajaponica.gydF4y2Ba水稻品种“Jiahua-1”。正常旗叶宽与窄旗叶宽之比接近3:1,表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba是一种隐性单基因突变。基于地图的克隆策略来鉴定gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba候选基因。旗叶宽度是我们用于鉴定野生型,杂合和纯合突变植物的参数。的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba该位点最初定位于7号染色体近着丝粒的短臂,位于标记位点07-30,610和07-52,402之间。由于着丝粒效应(减少重组),我们使用10447 FgydF4y2Ba2gydF4y2Ba植物并开发出六种不同的映射标记,并且能够将映射区域缩小到标记基因座NAL8-Q和RM5499之间的72 kB间隔(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba一种)。发现间隔包含12个开放阅读框架(ORF),其中大多数是转座子和反向转换器。我们测序ORF,并发现候选基因LOC_OS07G15880中的682位的核苷酸转变。根据MSU稻米注释数据库,预测候选基因LOC_OS07G15880编码线粒体培养蛋白复合蛋白2α亚基。突变体和野生型序列的分析表明,该突变导致丙氨酸在氨基酸A228T的苏氨酸变化。然后我们使用瑞士型号网站(gydF4y2Bahttps://swissmodel.expasy.org/gydF4y2Ba)预测NAL8候选蛋白的蛋白质结构。Swiss-Model预测NAL8候选蛋白能够形成同源蛋白(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bab)。当位于位置228的氨基酸从丙氨酸转变为苏氨酸时,均过氧化体结构中的肽环被改变。此外,预测的蛋白质全球质量估计也发生了变化。我们进一步将NAL8蛋白与其他单子叶和二萝萝卜植物的纳尔8同源蛋白相比;NAL8,含有SPFH PROHIBITIN结构域,并且在位置228处的丙氨酸似乎是高度保守的残余物(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bac和附加文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba:图S2)。系统发育分析表明,NAL8蛋白在包括哺乳动物在内的真核生物中是保守的,并且与其他物种的蛋白密切相关gydF4y2Baoryza.gydF4y2Ba在只包含单子叶植物蛋白质的进化枝中(附加文件gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba:图S3)。gydF4y2Ba

图2gydF4y2Ba
图2.gydF4y2Ba

图谱克隆的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba和遗传互补。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba轨迹最初映射到07和30,610和07-52,402标记基因座之间的染色体7,并且在标记基因座NAL8-Q和RM5499之间进一步限定在包含12个开放阅读框架的RM5499之间的72kb区域。标记基因座以下的数字表示重组剂的数量。的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因被预测为具有五个外显子(蓝色框),以及绿色箭头表示转录的染色体7的起始(ATG)和止挡方向(TGA)的密码子被表示为良好。单核苷酸突变(一个G至A转变)在gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba导致氨基酸位置228处丙氨酸到苏氨酸的预测变化。gydF4y2BabgydF4y2Ba预测NAL8和NAL8的蛋白结构gydF4y2BaA228T.gydF4y2Ba由瑞士模型决定。箭头表示同源三聚体的潜在结构部位发生变化。该表显示了两个预测结构的蛋白质质量估计。gydF4y2BacgydF4y2Ba部分SPFH结构域在单子叶和二萝卜物种中预测的PRIBITIN蛋白序列中的部分SPFH结构域的氨基酸序列比对。红色箭头表示TQ与TQ之间的突变位点gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体,在所有被检测的植物禁止素中高度保守。gydF4y2BadgydF4y2Ba植物建筑在生殖阶段gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba转基因互补行gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BacomgydF4y2Ba#1和#2中的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变背部背景与TQ和TQ相比gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变秤杆= 15厘米。gydF4y2BaegydF4y2BaTQ叶,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba和转基因互补线gydF4y2BangydF4y2BacomgydF4y2Ba# 1和# 2。比例尺= 5厘米。gydF4y2BafgydF4y2BaTQ平均旗叶长度统计分析,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba和转基因互补线gydF4y2BangydF4y2BacomgydF4y2Ba# 1和# 2。给出的值为平均值±标准差。*gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.05; **PgydF4y2Ba < 0.01 compared with the corresponding TQ control using Student’stgydF4y2Ba以及在gydF4y2BafgydF4y2Ba

确定突变是否在gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba候选基因与观察到的突变表型有关,我们使用来自野生型TQ的DNA片段进行了互补试验,其中包含假定的启动子区、整个ORF和假定的3′非翻译区(3′-UTR)gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba. 这个片段被引入到gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体通过gydF4y2Ba农杆菌肿瘤术gydF4y2Ba介导的转换。结果表明,转基因补体株系修复了水稻植株的生长缺陷gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba植株,包括恢复正常叶宽(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bad,e,f)。此外,我们将圆锥花和粒度与TQ的植物进行比较,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体和两个单独的互补转基因素。转基因系成功拯救了由此引起的尖峰数减少gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaA228T.gydF4y2Ba突变(附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba:图S4A,B)。其它农艺性状,如株高和千粒重,也恢复到野生型水平相比的可补转基因株系gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba(附加文件gydF4y2Ba4gydF4y2Ba中:图S4C-H)。这些结果证实,LOC_Os07g15880是gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因。gydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba转基因植物显示一致的表型gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体gydF4y2Ba

为进一步探讨突变的表型gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因,我们使用CRISPR/Cas9基因组编辑系统生成gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba敲除转基因植物gydF4y2Bajaponica.gydF4y2Ba米品种'中华11'(Zh11)。我们获得了两个独立的CRISPR / CAS9基因组编辑敲除线,核苷酸序列比对显示液体序列对gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba#1和两个碱基对被删除,插入一个碱基对gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba# 2(附加文件gydF4y2Ba5gydF4y2Ba:图S5)。两个突变导致预测的平移框架转移,导致纳米蛋白中的畸形突变。敲除植物显示出类似的表型gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体,包括窄的旗叶、降低的株高和更少的小穗(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba:图S6A-C)。与野生型Zh11相比,其他农艺性状,如千种子重量,粒度和分蘖数也显着不同(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba:图S6D-k)。这些结果表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba负责所有稻米亚种类的这些表型。与表型一致gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba转基因植物,我们在TQ背景中构建了RNAi沉默的转基因素。两个独立派生的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba-Silenced线条在标志叶宽度上显示了类似的折叠,以及减少的小穗数量和植物高度(附加文件gydF4y2Ba7gydF4y2Ba:图S7)。这些结果表明,NAL8蛋白数量和结构的变化导致了类似的植物发育缺陷。我们还构建了ZH11背景下的过表达转基因品系gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba由CaMV 35S启动子驱动。的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba-过表达植株的株高和旗叶宽度与野生型ZH11植株无明显差异gydF4y2Ba8gydF4y2Ba:图S8)。相比之下,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaOE.gydF4y2Ba转基因系显示旗叶长度和千种子重量减少,小穗数略高于Z11植物。这些结果表明过度表达gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba转基因水稻植株中的基因对植株发育没有显著影响。gydF4y2Ba

我们还在立体声显微镜下仔细检查了颗粒形状。谷物较小,因为它们的宽度降低了gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba转基因素线(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba:图S6H;额外的文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba:图S9A)gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaRNAigydF4y2Ba转基因株系有这样的人,但更窄更长(附加文件粒gydF4y2Ba9gydF4y2Ba:图S9B)。的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaOE.gydF4y2Ba与ZH11相比,转基因系的颗粒更小(附加文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba:图S9C),并且gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BacomgydF4y2Ba转基因恢复较长的粒度和较薄的粒度,即特征gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(附加文件gydF4y2Ba9gydF4y2Ba:图S9D)。综上所述,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因在gydF4y2BaindicgydF4y2Ba品种'teqing'负责叶子宽度,小穗数量和水稻中的粒度。gydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba编码一个禁止素复合体2α亚基,对叶绿体的发育至关重要gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba预计基因(Loc_OS07G15880)预测以编码禁止蛋白复合物2α亚基。Prohibitin综合体在酵母中得到了很好的研究,gydF4y2BaC. Elegans.gydF4y2Ba和哺乳动物[gydF4y2Ba23.gydF4y2Ba].以前的研究表明,抑制素复合物在内部线粒体膜处组装成环状大分子结构,并且参与多个细胞过程。在gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba,PHB3是一种核微粒双局部化蛋白,可通过根系于根系中维持基因组完整性和细胞增殖gydF4y2Ba小核糖组维护2gydF4y2Ba(gydF4y2BaMCM2.gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba31.gydF4y2Ba]另一项最近的研究也表明PHB3定位于叶绿体中[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba].考虑到PHB3与其他PHBS形成复合物,我们推断NAL8在线粒体和叶绿体中局部化。我们进一步测定了表达模式gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba使用QRT-PCR和GUS染色方法,发现该基因在几乎所有组织中全球表达,该发现与细胞表面迁移,细胞周期调节,线粒体呼吸,细胞衰老和细胞死亡中的一般功能一致(额外的文件gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba:图S10A-I)[gydF4y2Ba26.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba35.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba36.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba37.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba38.gydF4y2Ba].gydF4y2Ba

进一步探索超微结构的变化gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba在突变体中,我们观察了野生型TQ和TQ的叶绿体和线粒体gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba透射电镜观察突变细胞。在TQ中,叶绿体图像显示完整的双膜结构和连续的类囊体,具有正常大小的淀粉颗粒和质体小球(图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Baa, b, c, d)。然而,在叶绿体中,基粒和质体小球的大小显著减少gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bae、 f,g,h)。此外,基粒囊较薄,颜色较深,且不连续gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba叶绿体,表明在类囊体的结构gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体受损,光合效率可能会降低。我们还观察到TQ和TQ的线粒体gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba细胞。然而,由于线粒体的分辨率低,我们无法获得明确的线粒体超微结构图像(图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba综合起来,我们的结果表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba涉及正常叶绿体中的形态发生。gydF4y2Ba

图3.gydF4y2Ba
图3.gydF4y2Ba

叶细胞的叶绿体gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体具有较小的塑性蛋白和异常的囊体。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba透射电子显微镜图像完整的叶绿体超微结构gydF4y2BaindicgydF4y2Ba线路TQ。比例尺= 1 μm。gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba放大图像gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba和gydF4y2BabgydF4y2Ba显示线路TQ叶绿体的超微结构的细节。蓝色箭头表示连续的囊曲面,红色箭头表示塑料流板。秤栏= 250 nm。gydF4y2BaegydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba叶绿体超微结构gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体线。比例尺= 1 μm。gydF4y2BaggydF4y2Ba,gydF4y2BahgydF4y2Ba放大的图像gydF4y2BaegydF4y2Ba和gydF4y2BafgydF4y2Ba显示叶绿体超微结构的细节gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。蓝色箭头表示胸篷,红色箭头表示Plastoglobules。秤栏= 250 nm。gydF4y2Ba我gydF4y2Ba-gydF4y2BalgydF4y2Ba来自TQ线的完整线粒体的超微结构(gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,gydF4y2BajgydF4y2Ba)和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(gydF4y2BakgydF4y2Ba,gydF4y2BalgydF4y2Ba).秤栏= 250 nmgydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba通过调节细胞周期相关的基因表达来影响细胞增殖gydF4y2Ba

进一步探索窄叶表型gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba亚细胞水平的突变体,我们使用X射线显微镜(XRM)观察来自TQ的新鲜样品的杨氏叶片的横截面表面gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba幼苗(图。gydF4y2Ba4gydF4y2Baa, b, c, d).横切面的观察表明,叶维管束的数量增加gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba与TQ相比(图。gydF4y2Ba4gydF4y2Bae) 。此外gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体还显示的降低叶片厚度,并减少细胞数量和大小在叶木质部元件(图gydF4y2Ba4gydF4y2Baf, g, h),表明细胞分裂和细胞伸长都受到NAL8蛋白突变形式的影响。然后采用流式细胞仪分析根尖细胞分裂率。结果表明,在GgydF4y2Ba1gydF4y2Ba相位更高gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba而不是在tq。还有较少的S期细胞gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba比TQ,和G的百分比gydF4y2Ba2gydF4y2Ba/M期细胞中4C DNA含量几乎相同gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba根尖(图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba这些数据表明,突变的NAL8蛋白扰乱了细胞增殖,导致植物形态严重改变。我们的结论进一步得到了TQ和the的细胞周期相关基因的qRT-PCR的支持gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。大多数这些基因的表达水平在显著下调gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(图。gydF4y2Ba4gydF4y2Bak)。总之,我们的数据表明,NAL8蛋白的突变导致细胞周期相关基因的表达水平降低,以及对细胞分裂的产生效果深刻改变叶宽和小穗结构gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体植物。gydF4y2Ba

图4.gydF4y2Ba
图4.gydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba有助于细胞的局部增殖和细胞大小。gydF4y2Ba一个gydF4y2BaTQ的左侧截面表面的视觉剪接。秤条=200μm。gydF4y2BabgydF4y2Ba该区域的扩大在蓝色中概述gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba显示TQ维管束。比例尺= 100 μm。gydF4y2BacgydF4y2Ba留下截面表面的视觉剪接gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。秤条=200μm。gydF4y2BadgydF4y2Ba在红色中概述的区域的扩大gydF4y2BabgydF4y2Ba显示血管束gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。比例尺= 100 μm。箭头表示细胞分裂像差gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。来自Zeiss公司的X射线显微镜进行视觉接头。gydF4y2BaegydF4y2Ba-gydF4y2BahgydF4y2Ba维管束数的统计分析(gydF4y2BaegydF4y2Ba),叶厚(gydF4y2BafgydF4y2Ba),木质部细胞数目(gydF4y2BaggydF4y2Ba),木质部细胞长度(gydF4y2BahgydF4y2Ba)在TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基于X射线显微镜观察的突变体(gydF4y2BangydF4y2Ba = 3 leaves). Values are given as the mean ± SD. **PgydF4y2Ba< 0.01与使用学生的TQ控制相比gydF4y2BatgydF4y2Ba以及。gydF4y2Ba我gydF4y2Ba来自TQ的根尖(1-3厘米)细胞的流式细胞术分析gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。两个峰值分别代表2C和4C核。gydF4y2BajgydF4y2Ba在幼根尖端细胞中细胞周期不同阶段的细胞百分比(gydF4y2BangydF4y2Ba= 10个聚集的组织,每个池中3个来自不同植物的幼嫩根尖)。GgydF4y2Ba1gydF4y2Ba、S和GgydF4y2Ba2gydF4y2Ba/M相用彩色框表示。gydF4y2BakgydF4y2Ba在TQ和TQ中涉及细胞周期中的基因的相对表达水平gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。的gydF4y2BaUBQ5gydF4y2Ba基因被用作内部参考,以使基因表达数据正常化。价值观gydF4y2BaegydF4y2Ba-gydF4y2BahgydF4y2Ba,gydF4y2BajgydF4y2Ba,gydF4y2BakgydF4y2Ba为平均值±标准差。*gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.05; **PgydF4y2Ba< 0.01与使用学生的TQ控制相比gydF4y2BatgydF4y2Ba-测试gydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba是参与维持叶绿体和线粒体的结构,并调节多种激素信号传导途径gydF4y2Ba

以前的研究已经表明,调节prohibitins水杨酸生物合成gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba].我们怀疑NAL8用作禁止蛋白复杂的亚基,并且还涉及激素信号传导网络。因此,我们测量了TQ中多种内源激素的水平gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba发现两种主要的植物发育相关激素,生长素和细胞分裂素,发生了显著的变化。吲哚-3-乙酸(IAA)水平较高gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba植物比TQ,而失活形式甲基IAA(ME-IAA)的水平表现出相反的趋势(附加文件gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba:图S11a,b)。这些数据表明,助素信令在其中过度激活gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba与TQ相比突变体。与观察到的表型一致,细胞素素激素异戊烯基茚(IP)和反式扎肽(TZ)显着降低gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba与TQ相比,TQ倾向于支持细胞分裂状态的降低gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba(附加文件gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba:图S11c,d)。在TQ和TQ中还测量了其他激素等其他激素,如茉莉酸(Ja),水杨酸(SA),吲哚-3-羧酸(CZ)和CIS-ZEEPIN(CZ)gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba未发现显著差异(附加文件gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba:图S11E-H)。gydF4y2Ba

我们在7日龄TQ进一步进行RNA-seq的和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba幼苗。实验组和对照组均由三种生物重复组成。样本相关性和主成分分析(PCA)显示这两组在第一组分轴(PC1)上广泛分开,而每组内的重复值高度相关(附加文件gydF4y2Ba12.gydF4y2Ba:图S12A,B)。甲火山图表明,有8876差异表达的基因(DEGS)突变体组和对照组(附加文件之间(5477和3399被上调和下调,分别地)gydF4y2Ba12.gydF4y2Ba:图S12C)。所有DEG都列入(附加文件gydF4y2Ba17.gydF4y2Ba:表S1)在支持信息中。相关曲线也表明上调基因更散落,与下调基因相比,它们中有更多的基因(附加文件gydF4y2Ba12.gydF4y2Ba:图S12D)。京都基因与基因组百科(KEGG)通路分析表明,分别DEGS在多个氨基酸生物合成和代谢途径与核糖体组分显著富集,一起gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba与野生类型相比的突变(附加文件gydF4y2Ba13.gydF4y2Ba:图S13A)。我们还进行了基因本体论(GO)富集的果酒,发现大多数与核糖体,线粒体和叶绿体的基本功能有关(附加文件gydF4y2Ba13.gydF4y2Ba:图S13B)。所有这些结果都强烈建议gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba翻译功能和细胞器结构稳定性。gydF4y2Ba

因此,我们构建了TQ和TQ中激素相关基因和细胞器相关基因的热图gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba。对于植物生长素的热图,油菜素类固醇(BR),和细胞分裂素信令表明,对于许多植物激素信号转导和基因表达模式的改变gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体,这表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba可能通过干扰植物激素信号转导来影响植物发育(图。gydF4y2Ba5gydF4y2BaA,B,C)。此外,表达基本叶绿体房保存基因的表达gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba叶绿素含量降低,导致叶绿体超微结构异常,光合效率降低(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Bad).线粒体相关基因周围也发生了变化,导致呼吸减弱gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Bae)。为了进一步验证我们的RNA-SEQ发现,我们进行了QRT-PCR测定以量化关键呼吸相关基因相对表达的相对表达在TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba(附加文件gydF4y2Ba14.gydF4y2Ba:图S14a)。结果表明,线粒体前体的基因gydF4y2Ba泛醇氧化酶1agydF4y2Ba(gydF4y2BaAox1a.gydF4y2Ba),gydF4y2BaUbiquinol氧化酶1C.gydF4y2Ba(gydF4y2BaAOX1cgydF4y2Ba),也是NAD(P)H脱氢酶(gydF4y2BaNDA.gydF4y2Ba和gydF4y2BaNDB3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba表达水平高于TQ,表明这些基因在线粒体中的表达可能增加以补偿NAL8功能的损失。我们对叶绿体相关基因进行了QRT-PCR测定。与RNA-SEQ结果一致,几乎所有叶绿体相关的基因表达都减少了gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Bad)(附加文件gydF4y2Ba14.gydF4y2Ba:图S14B),表明叶绿体功能严重受损gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。我们还对BR相关基因进行了qRT-PCR检测,结果显示许多BR转导基因的相对表达发生了改变,提示gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba也参与BR信号(附加文件gydF4y2Ba14.gydF4y2Ba:图S14C)。综上所述,内源激素水平和RNA-seq的结果表明,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因参与多种植物激素的信号传导以及正常的线粒体和叶绿体功能。gydF4y2Ba

图5.gydF4y2Ba
图5.gydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba促进多种激素信号传导和线粒体和叶绿体的发育。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba-gydF4y2BaegydF4y2Ba热图显示生长素相关基因(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),芸苔类化相关基因(gydF4y2BabgydF4y2Ba),Cytokinin相关基因(gydF4y2Ba(c)gydF4y2Ba,叶绿体相关基因(gydF4y2BadgydF4y2Ba)和线粒体相关基因(gydF4y2BaegydF4y2Ba)在TQ和The的显着差异gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba根据RNA-seq数据确定突变体。日志gydF4y2Ba2gydF4y2BaFc是相对基因表达的两倍富集的对数gydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba改变线粒体和叶绿体中的蛋白质组成,并涉及正常的一氧化氮维持gydF4y2Ba

确定纳尔8改变线粒体和叶绿体的准确,我们对TQ进行了蛋白质组学分析gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。我们使用了TQ的年轻幼苗和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba在与RNA-SEQ测定中使用的条件下生长的突变体。我们确定了570种不同的蛋白质上调,与TQ中的下调有298种不同的蛋白质。gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(附加文件gydF4y2Ba15.gydF4y2Ba:图S15A)。所有经蛋白质组学鉴定的蛋白质和差异蛋白质的结果见(附加文件)gydF4y2Ba18.gydF4y2Ba:表S2和附加文件gydF4y2Ba19.gydF4y2Ba:表S3)。很明显,在火山图中差异发生的蛋白质广泛分布,表明gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变导致这些蛋白质表达的巨大变化(附加文件gydF4y2Ba15.gydF4y2Ba:图S15B)。在TQ KEGG途径分析表明,上调的蛋白质在核糖体,碳代谢,三羧酸循环(TCA循环),和丙酮酸代谢途径富集(图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba一种)。与上调的蛋白质富集结果一致,下调蛋白质富含核糖体,碳代谢,TCA循环和“光合生物”途径的“碳固定”(图。gydF4y2Ba6gydF4y2Bab)。这些途径主要存在于线粒体和叶绿体中,证实NAL8参与了线粒体和叶绿体中的蛋白质稳态。我们还从蛋白质组学结果中选择了几种差异表达的线粒体蛋白质,发现许多关键线粒体蛋白的表达显着降低gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(图。gydF4y2Ba6gydF4y2Bac).先前的研究表明,PHB3突变显著减少一氧化氮(NO)在体内的转运gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba(gydF4y2Ba29.gydF4y2Ba].我们还使用荧光染料DAF-FM DA量化TQ和TQ中的内容gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变根。结果表明,没有内容减少了gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体根(图。gydF4y2Ba6gydF4y2Bad)支持NAL8的假设,作为PROHIBITIN2α,负责根部没有积累,类似于结果gydF4y2Baphb3gydF4y2Ba突变gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba。总之,这些结果表明,NAL8和其他抑制素蛋白可能充当支架蛋白稳定线粒体和叶绿体结构保持蛋白质的动态平衡,并与细胞代谢和促进植物正常生长和发育光合作用有关的细胞活动相关联的积累。gydF4y2Ba

图6.gydF4y2Ba
图6.gydF4y2Ba

纳尔8.gydF4y2Ba参与线粒体和叶绿体稳定性,维持水稻根部的正常水平。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2BaTQ和TQ蛋白组数据的KEGG通路富集分析gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba用于上调蛋白质(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)和下调蛋白(gydF4y2BabgydF4y2Ba).Y轴显示Kegg途径,X轴显示所有差异表达基因的富集分数。圆形尺寸是选择基因量的相对大小。-日志gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba调整后的gydF4y2BaPgydF4y2Ba值显示在x轴上。(虚假发现率)gydF4y2Ba罗斯福gydF4y2Ba< 0.01。gydF4y2BacgydF4y2Ba表示TQ和富含线粒体的和叶绿体相关蛋白热图gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba变种人。日志gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba变换和分位数归一化LFQ强度显示。gydF4y2BadgydF4y2Ba在液体培养基中生长水稻幼苗7天,无需使用10mm(每升微米摩尔)DAF-FM二乙酸酯,荧光探针为NO。秤栏= 0.5毫米。为所有三种生物重复获得了类似的结果。值表示平均值±SD。**gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.01 compared with TQ using Student’stgydF4y2Ba-测试gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

综上所示,分子伴侣NAL8通过调控线粒体和叶绿体的稳定性,在水稻的叶宽和小穗数中发挥重要作用。此前在水稻上进行的一项研究表明,OsPHB1在抵御calyculin A(一种防御反应的诱导剂)的作用下被磷酸化[gydF4y2Ba34.gydF4y2Ba].在gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba,gydF4y2BaPHB3gydF4y2Ba,同源际gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba,涉及链接SA信号的多个函数H.gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba- 在核中介导的NO和ROS信号传导,乙烯信号传导甚至DNA完整性和增殖[gydF4y2Ba28.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba29.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba31.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba32.gydF4y2Ba].我们的结果提供了由突变引起的新叶形态和晶粒数表型gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),表明植物中PHBS作用的类似分子机制。gydF4y2Ba

叶形形态与叶片和线粒体发育密切相关。叶片发育的形态发生含有三个阶段:引发叶原始,建立叶子极性,以及叶余的发展[gydF4y2Ba39.gydF4y2Ba]许多黄叶突变体和异常叶形突变体已被分离和鉴定[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba[这些表型是由于参与植物激素代谢,细胞分裂,静脉离子稳态和表观遗传方式的基因的突变。PRIBITINS有助于多种叶片表型gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba;然而,在谷物作物中,禁止胰岛素的功能迄今为止尚不清楚。此外,已经发现了调节叶形形态和谷物数的很少基因。在这项研究中,我们确定了gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba,一种水稻突变体,叶片窄,粒数减少(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),并产生CRISPR / CAS9敲除突变体和RNAi线以观察相关表型。虽然gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体,RNAi和CRAP / CAS9敲除转基因系显示出类似的窄叶形态和减少的晶粒数表型(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab和c;额外的文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba:图S6B和C;额外的文件gydF4y2Ba7gydF4y2Ba:图S7b和c),其他特征,如叶长,粒度长度和宽度,并不完全一致的变化。因为这gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体和rnai线条是tq(gydF4y2BaindicgydF4y2BaCRISPR/Cas9基因敲除系为ZH11 (gydF4y2Bajaponica.gydF4y2Ba品种)背景,我们怀疑水稻品种背景也会影响这些特征。以前的研究表明,功能障碍线粒体和叶片结构影响叶片开发gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba。SLO3是一种五磷酸重复蛋白,有助于内含子的去除gydF4y2BaNAD7.gydF4y2Ba编码NADH脱氢酶在线粒体亚基7,也与相互作用生长素信号转导途径来调节根顶端分生组织和叶形状的边界在gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba(gydF4y2Ba40gydF4y2Ba].gydF4y2Ba皱巴巴的叶子gydF4y2Ba(gydF4y2BaCRL.gydF4y2Ba)基因编码质体外膜蛋白,影响细胞正常分裂、细胞分化和质体分裂gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba。最近的研究表明gydF4y2BaCRLgydF4y2Ba突变体引起叶绿体功能障碍和多个细胞周期进展缺陷gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba(gydF4y2Ba41.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba42.gydF4y2Ba].的gydF4y2Ba拟南芥ARC5gydF4y2Ba和gydF4y2BaARC6gydF4y2Ba,分别编码细胞血浆动力学相关蛋白质和内部包络跨膜蛋白,有助于叶片表皮路面细胞和气孔保护细胞的塑性形态[gydF4y2Ba43.gydF4y2Ba].这些结果表明,线粒体和叶绿体中的功能障碍中断了正常细胞划分,导致叶发育。在我们的研究中,我们发现细胞器(叶绿体和线粒体)被改变gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(图。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba),细胞分裂过程也受到突变的影响gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),支持这一观点gydF4y2BaPHB3gydF4y2Ba通过微细胞体维护调节根部分发的细胞增殖2 [gydF4y2Ba32.gydF4y2Ba].其他μs磷也有助于细胞分裂过程,导致线粒体和叶绿体中的正常呼吸和光合作用。基于由瓦萨布和atphb蛋白序列的比对构成的系统发育树,研究良好的athB3蛋白属于I型Prhibitin类,NAL8是II型PROHIBIN(附加文件)gydF4y2Ba16.gydF4y2Ba:图S16)及其功能尚未在植物中报告。这些结果表明两种PHB亚组中蛋白质的潜在功能分化。此外,我们使用RNA-SEQ和蛋白质组学工具来揭示TQ和TQ中基因/蛋白的转录和翻译水平的变化gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),表明禁用素复合物可能在植物发育中起重要作用。植物激素,如生长素和赤霉素,已被证明在决定叶片大小中发挥重要作用[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba].我们的结果表明,植金水平gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba比在TQ较高(附加文件gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba:图S11a),暗示了助枝素信号通路的潜在补偿效应gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体植物。有趣的是,细胞分裂素水平gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba得到了大幅减少,支持细胞蛋白和疾病信号传导是拮抗的观念。在米饭中,gydF4y2BaOsCKX2gydF4y2Ba基因编码细胞分裂素氧化[gydF4y2Ba11.gydF4y2Ba的突变gydF4y2BaOsCKX2gydF4y2Ba导致尖端式组织中的细胞素水平增加,导致穗状花序数和每穗的晶粒数增加。此外,与谷物数相关的顶端优势由水稻中的毒素和细胞蛋白调节。knox家庭转录因子芽慢速(STM)和含有同型域的转录因子WUSCHEL(WUS)坐标拍摄分生与Clavata(CLV)的拍摄分析发育[gydF4y2Ba44.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba45.gydF4y2Ba].OverexpressinggydF4y2Ba诺克斯gydF4y2Ba基因可以迅速地诱导积累gydF4y2Ba综合产品组gydF4y2Ba,一种编码细胞分裂素生物合成途径中关键限速酶的基因[gydF4y2Ba46.gydF4y2Ba,提示细胞分裂素在茎分生组织发育中起重要作用。此外,已有研究表明,苹果离体叶片叶绿素含量与细胞分裂素处理呈正相关[gydF4y2Ba47.gydF4y2Ba],和gydF4y2BaCytokinin-过度敏感gydF4y2Ba基因gydF4y2BaCKH1gydF4y2Ba和gydF4y2BaCKH2gydF4y2Ba的gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba对细胞分裂和氯塑型发育的Cytokinin-signals负调节[gydF4y2Ba48.gydF4y2Ba]支持叶绿体功能对于细胞分裂至关重要的观点。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

总之,我们的研究结果表明,线粒体和叶片蛋白的内部稳态需要水稻中受碱蛋白质。我们的研究结果揭示了小分子伴侣作为涉及重要细胞器结构和细胞分裂工艺的支架蛋白的功能。通过细胞分裂和增殖的潜在过程进一步鉴定额外的氨氨基族系列,其靶向水稻中的叶片形态和晶粒数将通过平衡植物生物应激能力,以高籽粒产量提供现代水稻育种计划。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

植物材料和生长条件gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体是从EMS治疗中获得的gydF4y2BaOrzya水稻gydF4y2Bassp。gydF4y2BaindicgydF4y2Ba米品种'teqing'。他们gydF4y2Ba1gydF4y2Ba代的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba将突变体与TQ杂交,获得在等基因背景下的突变体。TQ和gydF4y2Bajaponica.gydF4y2Ba米品种“中华 - 11”用于植物转型。在天然生长条件下,在上海和海南栽培所有植物。gydF4y2Ba

图谱克隆的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba

的gydF4y2Bajaponica.gydF4y2Ba品种'jiahua-1'与之交叉gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体获得fgydF4y2Ba1gydF4y2Ba植物。F.gydF4y2Ba1gydF4y2Ba是自花授粉,以产生一个FgydF4y2Ba2gydF4y2Ba作图群体。要精细的地图gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因座,我们设计了来自预测的SSRS(简单序列重复)和诱导(插入和删除)的几个新分子标记。gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba最初使用10,447 f映射到染色体7的短臂上附近的72 kB(kno基对)区域。使用10,447 fgydF4y2Ba2gydF4y2Ba植物。所有DNA片段都显示在图中gydF4y2Ba2gydF4y2Baa从两者扩增gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba和‘Jiahua-1’的PCR图谱克隆。采用2X PCR混合扩增DNA片段(Tiangen #KT207)。引物序列在(附加文件gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba:表S4)。gydF4y2Ba

质粒建设和植物转化gydF4y2Ba

为了进行遗传互补法,我们克隆全长gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba由NAL8起始密码子上游2.5 kb DNA和下游pCAMBIA-1300二元载体500bp DNA组成的基因组DNA测序。2.5 kb DNA片段包含gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba然后将启动子区域克隆到pCAMBIA-1300-GUSplus载体中以生成gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaPR.gydF4y2BaogydF4y2Ba:: GUS的GUS染色实验。要生成CRISPR / Cas9淘汰赛转基因植物,我们使用了CRISPR-GE网站(gydF4y2Bahttp://skl.scau.edu.cn/gydF4y2Ba)来设计gRNA靶标及识别突变位置[gydF4y2Ba49.gydF4y2Ba].以产生过表达的转基因结构,全长gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba从TQ RNA中扩增出cDNA,克隆到CaMV 35S启动子控制的植物双元载体pCAMBIA 1301中。生成gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba我们利用WMD3网站(gydF4y2Bahttp://wmd3.weigelworld.org/cgi-bin/webapp.cgi.gydF4y2Ba).将目的DNA片段插入pCAMBIA-1306-35SN载体中。gydF4y2Ba农杆菌肿瘤术gydF4y2Ba-介导的水稻转化,如前所述[gydF4y2Ba50.gydF4y2Ba],使用EHA105菌株进行水稻转化。通过测序确认所有DNA构建体的同一性,并通过PCR扩增潮霉素抗性基因的PCR扩增选择所有阳性转基因植物和阴性对照。QRT-PCR测定的结果gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba还用于评估过表达和敲低转基因的基因表达。为了确认CRISPR / CAS9敲除植物中的引入突变,我们设计了用于测序突变的核苷酸位置的特定引物。本研究中的所有质粒构建体都是使用Nebuilder Hifi DNA装配主混合物(新英格兰Biolabs,目录#2621L)。PCR引物对序列被给出(附加文件gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba:表S4)。gydF4y2Ba

GUS染色gydF4y2Ba

GUS酶染色gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaprogydF4y2Ba::如先前所述进行GUS的转基因植物[gydF4y2Ba51.gydF4y2Ba].在生殖阶段的场上获得样品,并在37℃下在GUS染色溶液中孵育过夜。然后将样品在75%乙醇中洗涤以除去叶绿素,并用Leica型M205C立体声显微镜进行成像。gydF4y2Ba

X射线显微镜观察gydF4y2Ba

tq和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba幼苗在萌发后在光照室中培养7天。收集样品并在4°C的FAA(50%乙醇,5%冰醋酸,5%甲醛)中固定12 h。组织在分级乙醇系列中脱水后,样品在自动临界点干燥器(Leica EM CPD300)中彻底干燥。样品用蔡司Xradia 520 Versa x射线显微镜观察。使用XM 3DViewer生成视觉图像切片。gydF4y2Ba

RNA提取及实时荧光定量PCR (qRT-PCR)gydF4y2Ba

使用E.Z.N.A.®总RNA试剂盒(Omega Bio-Tek,#R6834-1)从植物组织样品中提取总RNA。用GEA5微孔板读卡器(BIO-TEK)定量RNA。使用RevertraACE®QPCRRT主混合物与GDNA去除剂(Toyobo#FSQ-301)进行互补DNA(cDNA)合成。使用快速启动通用SYBR Green Master混合对ABI 7300实时PCR系统(Applied Biosystems)进行QRT-PCR测定进行QRT-PCR测定。的gydF4y2BaUBQ5gydF4y2Ba以基因表达作为内部参考,对基因表达数据进行标准化处理gydF4y2Ba——ΔΔCTgydF4y2Ba方法对表达数据进行分析[gydF4y2Ba52.gydF4y2Ba].用于qRT-PCR检测的引物对的核苷酸序列见(附加文件)gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba:表S4)。gydF4y2Ba

细胞核分离和倍性测定gydF4y2Ba

细胞核的分离和倍性的测定如前所述[gydF4y2Ba53.gydF4y2Ba].萌发后玻璃管生长3天的幼苗的根尖,分离核隔离和染色溶液(NPE系统#7216)。将悬浮液过滤通过40μm尼龙过滤器(Thermofireder#352340),并在Beckman Moflo细胞分选仪上进行流式细胞仪。分析了每种样品约10,000个核。g的相对比例gydF4y2Ba1gydF4y2Ba、S和GgydF4y2Ba2gydF4y2Ba/ m相核通过FCS Express 4软件计算。gydF4y2Ba

观察叶片塑料和线粒体超微结构gydF4y2Ba

我们使用透射电子显微镜(TEM)观察叶绿体和线粒体的超微结构,如前所述[gydF4y2Ba54.gydF4y2Ba].TQ的年轻幼苗叶子和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba切成2mm × 4mm片,在2%戊二醛溶液中固定2 h。组织块先用0.1 M PBS洗涤,然后用蒸馏水洗涤5-8次。在分级乙醇系列中脱水后,样品在两种不同的环氧丙烷中短暂浸泡。将样品转移到环氧丙烷和Quetol 812树脂中,用铝箔覆盖,孵育过夜,然后在塑料扁平包埋模具中包埋qutol 812树脂2天。然后用金刚石刀在超微显微镜(70 ~ 100 nm)上切片,转移到铜网格上,用日立H-7650透射电子显微镜观察。gydF4y2Ba

RNA测序gydF4y2Ba

RNA-SEQ由Biomarker Technologies Corporation(中国北京)进行。我们使用了三个独立的TQ独立线的幼苗和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体产生用于转录组测序的RNA文库。NEBNEXT Ultra™RNA库预备套件(NEB)用于Illumina高通量测序。使用Perl脚本处理FASTQ格式中的所有原始数据。Q20和Q30百分比,GC含量和序列复制的相对水平也是根据清洁数据计算的。进行Pearson的相关系数以评估两个样本中的重复相关性[gydF4y2Ba55.gydF4y2Ba].使用DESEQ进行两个条件/组的差异表达分析[gydF4y2Ba56.gydF4y2Ba].调整的基因gydF4y2BaPgydF4y2Ba-价值观< 通过DEseq鉴定的0.01被认为是差异表达。GO富集分析[gydF4y2Ba57.gydF4y2Ba[Kegg途径浓缩分析[gydF4y2Ba58.gydF4y2Ba]基于Wallenius非中央超几何分布,Kobas软件用于测试DEGS中的统计富集[gydF4y2Ba59.gydF4y2Ba].比赛地图使用MeV的软件产生。我们已经上传的RNA-seq的进入NCBI,NCBI的SRA登录号为PRJNA557518。gydF4y2Ba

蛋白质组学分析gydF4y2Ba

蛋白质组学分析和MS服务由Cloud-Seq Biotech有限公司(中国上海)进行。从两种独立的近交线TQ独立的幼苗收集样品gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。如前所述,蛋白质样本已被消化[gydF4y2Ba60.gydF4y2Ba].消化后,通过毛细管高效液相色谱(μHPLC)分离蛋白质片段。MS机器类型是Q-Facactive(Thermo Fisher Scientific,CA,USA)。通过全扫描和12片段扫描收集肽及其片段。使用MaxQuant 1.6.0.16软件进行分析原始数据[gydF4y2Ba61.gydF4y2Ba].使用MaxQuant算法获得无标记量化(LFQ)[gydF4y2Ba62.gydF4y2Ba].LFQ值采用log10变换,分位数采用limma R软件包标准化。找出TQ与gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体,双尾,学生gydF4y2BatgydF4y2Ba进行测试,用gydF4y2BapgydF4y2Ba-Value 0.05并折叠2.0作为截止[gydF4y2Ba63.gydF4y2Ba].进行富集和Kegg途径分析与上面“RNA测序”部分中的描述类似。比赛地图使用MeV的软件产生。我们已将蛋白质组学的原始数据上传到Iprox [gydF4y2Ba64.gydF4y2Ba],IPROX登录号是PXD015063。gydF4y2Ba

根系一氧化氮(NO)的检测gydF4y2Ba

TQ和TQ的幼苗gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体在0.5X Murashige和Skoog(MS)培养基中培养5天。的roots were incubated in a 10 μM solution of DAF-FM diacetate overnight. After washing in distilled water, the samples were observed with an Olympus FluoView FV1000 laser scanning confocal microscope.

可用性数据和材料gydF4y2Ba

支持本文结果的数据集包含在文章及其附加文件中。本手稿中使用的RNA-SEQ原始数据可以在NCBI数据库中找到(gydF4y2Bahttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/gydF4y2Ba)在以下加入号码下:prjna557518。质谱蛋白质组学数据已经沉积在Proteomexchange联盟(gydF4y2Bahttp://proteomecentral.proteomexchange.orggydF4y2Ba),通过iProX合作伙伴存储库使用数据集标识符PXD015063。gydF4y2Ba

缩写gydF4y2Ba

CAMV:gydF4y2Ba

花椰菜花叶病毒gydF4y2Ba

CRISPR:gydF4y2Ba

聚集有规律间隔短回文重复gydF4y2Ba

DSC:gydF4y2Ba

远端干细胞gydF4y2Ba

EMS:gydF4y2Ba

乙显示出gydF4y2Ba

罗斯福:gydF4y2Ba

错误发现率gydF4y2Ba

FKPM:gydF4y2Ba

每千千岁的碎片百万读gydF4y2Ba

去:gydF4y2Ba

基因本体论gydF4y2Ba

格斯:gydF4y2Ba

β-葡萄糖醛酸酶gydF4y2Ba

IAA:gydF4y2Ba

吲哚-3-乙酸gydF4y2Ba

indel:gydF4y2Ba

插入和删除gydF4y2Ba

KEGG:gydF4y2Ba

Kyoto基因和基因组的百科全书gydF4y2Ba

女士:gydF4y2Ba

质谱gydF4y2Ba

不:gydF4y2Ba

一氧化氮gydF4y2Ba

PCD:gydF4y2Ba

程序性细胞死亡gydF4y2Ba

PHB:gydF4y2Ba

perhibitins.gydF4y2Ba

质量控制:gydF4y2Ba

静止中心细胞gydF4y2Ba

QTL:gydF4y2Ba

定量特质基因座gydF4y2Ba

山:gydF4y2Ba

水杨酸gydF4y2Ba

SPFH:gydF4y2Ba

Stomatin,prohibitin,flotillin,hflk / cgydF4y2Ba

SSR:gydF4y2Ba

简单重复序列gydF4y2Ba

透射电镜:gydF4y2Ba

透射电子显微镜法gydF4y2Ba

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    文章gydF4y2Ba谷歌学术gydF4y2Ba

下载参考gydF4y2Ba

致谢gydF4y2Ba

我们感谢Min Shi(植物生理学和生态学研究所,SIBS,CAS)进行转基因测定的技术支持。我们感谢小山高,小山高,张平张,九勤李和文凡赵(植物生理学研究所,SIBS,CAS)进行技术支持。我们感谢Yaoguang Liu(华南农业大学)教授捐赠CRISPR / CAS9质粒。我们感谢Chunjie Cao(Carl Zeiss)进行X射线显微镜观察。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

国家自然科学基金项目(no . 31788103);中国科学院基金项目(no . QYZDY-SSW-SMC023, no . XDB27010104);上海市科技发展计划项目(no . 18JC1415000);中国资助机构在设计、收集、分析、解释数据或撰写手稿方面没有作用。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

隶属关系gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

HXL构思和监督项目,HXL和KC设计了实验。KC进行了大部分实验。TG,XML,YBY,NQD,CLS,WWY,JXS和HXL执行了一些实验。KC和HXL分析了数据并写了稿件。所有作者都读过并批准了稿件。gydF4y2Ba

通讯作者gydF4y2Ba

通信gydF4y2BaHong-Xuan林gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

伦理宣言gydF4y2Ba

道德认可和参与同意gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

同意出版gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

竞争利益gydF4y2Ba

提交人声明他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

附加信息gydF4y2Ba

出版商的注意事项gydF4y2Ba

施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构附属机构的管辖权要求保持中立。gydF4y2Ba

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图S1。gydF4y2Ba形态和TQ和成熟的谷物和叶片长度的统计分析gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。(a)TQ成熟颗粒的表型和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。比例尺= 2毫米。(b)从TQ和Main Spikelets的比较gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。秤杆= 2厘米。(C-E)平均旗叶长度的统计分析(gydF4y2BangydF4y2Ba = 20 plants) (C), average grain length (ngydF4y2Ba = 20 plants) (D) and average grain width (ngydF4y2Ba= 20株)(E) TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。给出的值为平均值±标准差。*gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.05; **PgydF4y2Ba< 0.01与使用学生的TQ控制相比gydF4y2BatgydF4y2Ba以及(汉英)。(PDF 57 kb)gydF4y2Ba

附加文件2:gydF4y2Ba

图S2。gydF4y2Ba水稻NAL8同源蛋白的氨基酸序列比对。228位的保守的丙氨酸残基被封闭在一个红框中,显示突变的位置gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba变种人。星号表示九种植物、三种哺乳动物和一种昆虫的蛋白质中高度保守的残基。(PDF 668KB)gydF4y2Ba

附加文件3:gydF4y2Ba

图S3。gydF4y2Ba植物,动物和一种昆虫水稻NAL8和相关蛋白的系统发育分析。物种名称显示在分支的末尾。使用邻接的树木方法构建系统发育树,如Mega7.0所示,并用ITOL装饰(gydF4y2Bahttp://itol.embl.de/gydF4y2Ba).在每个分支上所示的数字表示蛋白质置换率。该NAL8同源蛋白是与物种进化关系高度一致。(PDF 117 KB)gydF4y2Ba

附加文件4:gydF4y2Ba

图S4。gydF4y2BaTQ的比较和统计分析gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba互补转基因水稻系。(A) TQ间小穗表型,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba和转基因互补线gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BacomgydF4y2Ba# 1和# 2。比例尺= 5厘米。(B) TQ成熟粒,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba和互补线gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BacomgydF4y2Ba# 1和# 2。比例尺= 2毫米。(C-H)平均粒宽统计分析(gydF4y2BangydF4y2Ba = 20 plants) (C), average grain length (n = 20 plants) (D), average thousand seed weight (n = 20 plants) (E), average plant height (n = 20 plants) (F), average spikelet number (n = 20 plants) (G) and average flag leaf length (n = 20 plants) (H) in TQ,纳尔8.gydF4y2Ba和转基因互补线gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BacomgydF4y2Ba# 1和# 2。值C-H are given as the mean ± SD. *PgydF4y2Ba < 0.05; **PgydF4y2Ba< 0.01与使用学生的TQ控制相比gydF4y2BatgydF4y2Ba以及。(PDF 80 kb)gydF4y2Ba

附加文件5:gydF4y2Ba

图S5gydF4y2Ba。基因分型gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba转基因敲除线。DNA序列的对准gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba来自野生型TQ的基因区域和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba#1和#2行。黑色椭圆显示1bp删除的位置gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba#1和2 bp删除gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba#2序列(左)和1bp插入gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba#2(右)。突变导致平移框架转变,从而导致畸形突变gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因在两种转基因敲除系。(PDF 49 KB)gydF4y2Ba

附加文件6:gydF4y2Ba

图S6。gydF4y2Ba叶宽变窄,小穗数减少gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba转基因敲除系类似于那些在gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。(a)野生型ZH11的植物架构和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba淘汰线gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba1号和2号在生殖阶段。比例尺= 15厘米。(b)Z11的旗子和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba# 1和# 2。比例尺= 5厘米。(c)ZH11的成熟圆锥形gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba# 1和# 2。秤杆= 10厘米。(D-K)平均旗叶宽度的统计比较(gydF4y2BangydF4y2Ba= 20植物)(D)、平均株高植物(n = 20) (E),平均小穗数(n = 20植物)(F),平均千粒重植物(n = 20) (G),平均粒宽(n = 20植物)(H),平均粒长度(n = 20植物)(我),平均旗叶长度(n = 20植物)(J)和平均分蘖数(n = 20植物)在ZH11和(K)gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba#1和#2敲除线。D-K中的值作为平均值±SD给出。*gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.05; **PgydF4y2Ba< 0.01相比ZH11控制使用学生的gydF4y2BatgydF4y2Ba以及。(PDF 79 KB)gydF4y2Ba

附加文件7:gydF4y2Ba

图S7。gydF4y2Ba转基因gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba基因沉默的线条显示出类似的叶宽和小穗缺陷到米饭gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。(a)野生型TQ和转基因的植物架构gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaRNAi沉默行gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaRNAigydF4y2Ba1号和2号在生殖阶段。比例尺= 15厘米。(B) TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaRNAigydF4y2Ba# 1和# 2。比例尺= 5厘米。(c)ZH11的成熟圆锥形gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaRNAigydF4y2Ba# 1和# 2。比例尺= 5厘米。(D-K)的统计比较平均旗叶宽度(n = 20植物)(D),平均株高植物(n = 20) (E),平均小穗数(n = 20植物)(F),平均千粒重植物(n = 20) (G),平均粒宽(n = 20植物)(H),平均粒长度(n = 20植物)(我),平均旗叶长度(n = 20株)(J)和相对表达量gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba(gydF4y2BangydF4y2Ba= 3个集合组织,每个池3株)(K) ZH11和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaRNAigydF4y2Ba# 1和# 2。D-K中的值作为平均值±SD给出。*gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.05; **PgydF4y2Ba< 0.01与使用学生的TQ控制相比gydF4y2BatgydF4y2Ba以及。的gydF4y2BaUBQ5gydF4y2Ba该基因被用作内部参考,以规范化基因表达数据。(PDF 81KB)gydF4y2Ba

附加文件8:gydF4y2Ba

图S8。gydF4y2Ba转基因水稻植株过度表达gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba对发育无明显影响。(A)野生型ZH11和转基因植株的株型结构gydF4y2BaNAL8-gydF4y2Ba过度抑制线条gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaOE.gydF4y2Ba1号和2号在生殖阶段。比例尺= 15厘米。(b)Z11的旗子和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaOE.gydF4y2Ba# 1和# 2。比例尺= 5厘米。(c)ZH11的成熟圆锥形gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaOE.gydF4y2Ba# 1和# 2。比例尺= 5厘米。(D-K)的统计比较平均旗叶宽度(n = 20植物)(D),平均株高植物(n = 20) (E),平均小穗数(n = 20植物)(F),平均千粒重植物(n = 20) (G),平均粒宽(n = 20植物)(H),平均粒长度(n = 20植物)(我),平均旗叶长度(n = 20株)(J)和相对表达量gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba(n) = ZH11和ZH11中的3个集合组织,每个集合3株植物)(K)gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaOE.gydF4y2Ba# 1和# 2。(D-k)中的值作为平均值±SD给出。*gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.05; **PgydF4y2Ba< 0.01相比ZH11控制使用学生的gydF4y2BatgydF4y2Ba以及。的gydF4y2BaUBQ5gydF4y2Ba以基因作为内部参考,对基因表达数据进行归一化处理。(PDF 79 KB)gydF4y2Ba

附加文件9:gydF4y2Ba

图S9。gydF4y2Ba谷物表型的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba转基因线。(A) ZH11成熟水稻籽粒与转基因水稻gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaOE.gydF4y2Ba过度表达线。比例尺= 2毫米。TQ和转基因的(B)成熟的稻粒gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaRNAigydF4y2Ba基因沉默线。比例尺= 2毫米。(c)ZH11和转基因的成熟米粒gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BaCRISPRgydF4y2Ba转基因线。比例尺= 2毫米。(d)TQ成熟的米粒,gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体和转基因二gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2BacomgydF4y2Ba互补线gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba遗传背景。比例尺= 2毫米。(PDF 118 kb)gydF4y2Ba

附加文件10:gydF4y2Ba

图S10。gydF4y2Ba表达谱的gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba在水稻组织和器官gydF4y2Ba。gydF4y2Ba(A-H) Histochemical analysis of enzyme activity of the NAL8:GUS fusion protein in the node (A), culm (B), leaf (C), root (D), basal internode (E), spikelet hull (F), young panicle (G), and in transgenic plants expressing the GUS gene under control of the纳尔8.gydF4y2Ba启动子(H)。比例尺= 2毫米。(i)相对表达gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba不同水稻组织中的基因。的gydF4y2BaUBQ5gydF4y2Ba基因被用作标准化基因表达数据的内部参考。标准偏差是从三个生物重复中计算出来的。(PDF 83KB)gydF4y2Ba

附加文件11:gydF4y2Ba

图S11。gydF4y2BaTQ中多种植物激素的内源性水平gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。(A-H) Endogenous levels of IAA (A), Me-IAA (B), iP (C), tZ (D), JA (E), SA (F), ICA (G) and cZ (H) in TQ and the纳尔8.gydF4y2Ba突变体。标准偏差由三个生物重复计算。(PDF 12 KB)gydF4y2Ba

附加文件12:gydF4y2Ba

图S12。gydF4y2BaTQ与TQ之间的比较RNA-SEQ分析gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。(A)单独的TQ之间样本相关性和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba复制和tq和tq之间gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba。每个样品由三个生物学重复。该数字表示该成对比较Pearson相关系数。(B)一种PCA图表明TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba样品广泛分离的RNA-seq的分析。(C)一种火山图显示,多种基因是上调gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba与TQ相比,突变体than表达下调。X轴表示表达相对差异的对数值。Y轴值为显著性的负对数。每个点表示一个基因。红点和绿点分别是显著上调和下调的基因。黑点表示h表达变化不显著。通过FDR调整不同RNA的表达值 < 0.01,且折叠变化> 2.(D)所有TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba用于RNA-SEQ分析的样品。X和Y轴是FKPM的对数值(每百万读数每千级读数)。每个点表示基因。紫线是表示Pearson的重要性系数的系数参数,上述基因上调是上调的,并且低于该基因下调。(PDF 314 KB)gydF4y2Ba

附加文件13:gydF4y2Ba

图S13。gydF4y2BaKEGG通路分析和GO分析在TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体gydF4y2Ba。gydF4y2Ba(a)在Kegg(基因和基因组的Kyoto Comboycoes)分类中,所有表达差异表达的基因(DEGS)。注释基因的数量和百分比显示在右侧,各种颜色表示主电作道分类。X轴表示所有可均匀的注释基因的百分比。(b)GO(基因本体论)TQ与TQ之间的富集gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba。在Y轴上显示了三个主要GO类类别中的个人GO术语,X轴显示了日志gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba对应的GO项的重要性。(PDF 211 kb)gydF4y2Ba

附加文件14:gydF4y2Ba

图S14。gydF4y2BaTQ和之间的基因表达的qRT-PCR分析gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。(A-C)线粒体基因的相对表达水平(A),叶绿体相关基因(B)和在油菜素类固醇TQ相关基因(C)和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba由qRT-PCR测定(gydF4y2BangydF4y2Ba = 3 pooled tissues). TheUBQ5gydF4y2Ba以基因作为内部参考,对基因表达数据进行归一化处理。值表示平均值±SD。**gydF4y2BaPgydF4y2Ba < 0.01 compared with the wild-type using Student’stgydF4y2Ba以及。(PDF 46 KB)gydF4y2Ba

附加文件15:gydF4y2Ba

图S15。gydF4y2BaTQ与基因的比较蛋白质组学分析gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba突变体。(A)维恩图显示与TQ相比,不同蛋白上调和下调的数量gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba。通过FDR(假发现率)调整不同蛋白的表达值。三次TQ和gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba进行蛋白质组学分析。(B)显示差异蛋白表达分布的火山图。x轴表示对数gydF4y2Ba2gydF4y2Ba差异表达蛋白的折叠变化,y轴显示对数gydF4y2Ba10.gydF4y2Ba的gydF4y2BapgydF4y2Ba的TQ和之间的差异 - 值gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba。通过FDR <0.01调节不同蛋白质的表达值,折叠变化> 2(PDF 227 KB)gydF4y2Ba

附加文件16:gydF4y2Ba

图S16。gydF4y2Ba来自水稻的PHB蛋白质的系统发育分析和gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba。水稻(OS)与稻纳米8和同源蛋白序列的系统发育分析gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba(在)。基因和/或位点名称显示在系统发生树的分支的末端。该树是使用MEGA7.0中实现的Neighbor-Joining方法构建的,并用iTOL (gydF4y2Bahttp://itol.embl.de/gydF4y2Ba).在每个分支上所示的数字表示蛋白质置换率。NAL8属于禁止的II型类别。(PDF 40 KB)gydF4y2Ba

附加文件17:gydF4y2Ba

表S1。gydF4y2BaTQ和之间的所有差异gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba在RNA-SEQ。数字是日志gydF4y2Ba2gydF4y2BaFC值。(XLSX 780 kb)gydF4y2Ba

附加文件18:gydF4y2Ba

表S2。gydF4y2Ba蛋白质组学分析鉴定的所有蛋白质。(XLSX 680 KB)gydF4y2Ba

附加文件19:gydF4y2Ba

表S3。gydF4y2Ba通过蛋白质组学分析鉴定表达差异蛋白。(XLSX 271 kb)gydF4y2Ba

附加文件20:gydF4y2Ba

表S4。gydF4y2Ba本研究中使用的引物(XLSX 13 kb)gydF4y2Ba

权限gydF4y2Ba

开放访问gydF4y2Ba本文遵循知识共享署名4.0国际许可协议(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba),它允许在任何媒体上无限制地使用、分发和复制,前提是你给予原作者和来源适当的荣誉,提供一个到知识共享许可协议的链接,并指出是否作出了更改。创作共用及公共领域专用豁免书(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/gydF4y2Ba)除非另有说明,否则适用于本文中提供的数据。gydF4y2Ba

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陈凯,郭涛,李晓敏。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba纳尔8.gydF4y2Ba编码一种通过调节水稻线粒体和叶绿体稳定性来促进叶子和小穗发育的禁止素。gydF4y2BaBMC植物BIOL.gydF4y2Ba19,gydF4y2Ba395(2019)。https://doi.org/10.1186/s12870-019-2007-4gydF4y2Ba

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  • PRIBITIN亚基gydF4y2Ba
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