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最新观点 | Du13调控直链淀粉含量而影响稻米口感

作者:王婧、祝蕾

直链淀粉含量(Amylose Content, AC)是决定稻米食用和烹饪品质的主要因素。AC由编码淀粉颗粒结合淀粉合酶(GBSSI)的主效基因Wx和多个微效基因决定。Wx在粳稻中的等位变异基因Wxb,与籼稻的Wxa基因相比,产生的Wx成熟转录本较少,导致粳稻中直链淀粉含量比籼稻少;而Wxb基因的剪接效率受到Dull基因调控,且Dull突变之后导致胚乳暗沉、直链淀粉含量降低。迄今为止仅克隆了两个Dull基因(Du1Du3),Dull基因究竟如何调控Wxb剪接,尚且不清楚。

近日,南京农业大学万建民院士团队在Plant Biotechnology Journal期刊发表了题为“Du13 encodes aC2H2 zinc-finger protein that regulates Wxb pre-mRNA splicing and microRNA biogenesis in rice endosperm”的研究论文。揭示了新基因Du13通过调控粳稻Wxb剪接效率和miRNA生物合成进而来调控水稻胚乳的生长发育机制。


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该研究中,作者从粳稻的突变群体中鉴定到du13突变体,与野生型相比,du13突变体中直链淀粉含量显著降低且淀粉的理化特性发生了改变(图1),并且du13突变体显示出灌浆速率变低、籽粒变小、株高和穗长增加、分蘖数减少等表型,表明du13突变对植物表型具有多效性。

作者通过图位克隆、基因敲除等验证了LOC_Os06g48530是Du13基因。Du13编码一个C2H2型锌指蛋白,可增强Wxb的剪接效率。该基因突变导致Wxb第1内含子的剪接效率急剧降低,从而导致GBSSI蛋白和活性显著降低,进而导致直链淀粉含量降低。前人研究表明Du3编码的mRNA帽结合蛋白OsCBP20与OsCBP80形成异源二聚体帽结合复合物(OsCBC);作者通过BiFc和Co-IP实验证明了Du13也可以与OsCBP20和OsCBP80互作。通过mRNA-seq分析发现du13突变体中某些基因的选择性剪接(AS)模式发生了显著变化。


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图1.du13突变体的表型分析

Du13突变降低了一些重要microRNA的丰度,这些microRNA的前体在du13胚乳中积累,表明Du13影响microRNA前体的加工。进一步研究发现Du13可能通过与miRNA加工复合体的关键蛋白OsHYL1互作,来调控pre-mRNAs的正常加工,进而调控成熟miRNAs的积累(图2)。


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图2.Du13在pre-mRNA剪接和pri-miRNA加工中的功能模型

该研究表明Du13在pre-mRNA剪接和microRNA加工中发挥双重作用,为水稻营养品质改良提供基因资源和理论支撑。



原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13821



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