El trigo harinero (Triticum aestivum L.) es un cultivo alimentario básico fundamental, que proporciona alrededor del 20% de las calorías consumidas por los seres humanos.
por Science China Press
El peso del grano es uno de los tres factores del rendimiento del trigo y también el índice clave del mejoramiento del trigo para un alto rendimiento. Durante el desarrollo del grano, la proyección nucellus del trigo participa en el transporte de nutrientes del grano, afecta la formación de la capacidad de almacenamiento del grano y la acumulación de materiales de almacenamiento, y luego afecta el peso del grano y la calidad del procesamiento.
La muerte celular programada (PCD) de la proyección nucellus comienza en la etapa intermedia del desarrollo del grano de trigo en lugar de en la etapa temprana. Hasta la fecha, se han reportado pocos estudios sobre la regulación del desarrollo temprano del grano de trigo .
Recientemente, el grupo de investigación de Liang Rongqi del Centro de Genética y Genómica del Trigo de la Universidad Agrícola de China publicó un artículo titulado «TaMADS29 interactúa con TaNF-YB1 para regular sinérgicamente el desarrollo temprano del grano en el pan» en Science China Life Sciences .
Se ha encontrado que el complejo regulador compuesto por TaMADS29 y TaNF-YB1 realiza las funciones que inhiben la acumulación excesiva de ROS al regular los genes involucrados en el desarrollo del cloroplasto y la fotosíntesis en granos de trigo en desarrollo temprano y previene la degradación de la proyección nucelar y la muerte celular del endospermo. facilitando el transporte de nutrientes al endospermo y llenando completamente los granos en desarrollo.
Mediante el uso de la estrategia CRISPR/Cas9, se generaron las líneas mutantes TaMADS29-knockout (KO). Los mutantes tamads29 exhibieron una deficiencia grave en el llenado de granos y senescencia temprana, los cruces recíprocos entre tamads29 y WT demostraron que las semillas defectuosas se debían al defecto materno.
La proyección nucelar y el endospermo del trigo se someten a PCD durante la etapa media y tardía del evento crucial del desarrollo del grano. En este estudio, la tinción con azul de tripano y el ensayo TUNEL mostraron que la PCD acelerada se presenta en el endospermo y la proyección nucelar de mutantes tamads29 a los 6 DAF, junto con la degradación de las células de proyección nucelar. Un estudio adicional reveló que la gran cantidad de ROS se acumulaba en los granos y el cloroplasto de la cariópside de los mutantes tamads29.
La observación de TEM confirmó los defectos de desarrollo en el cloroplasto, y esta disfunción del cloroplasto siempre se asoció con altos niveles de ROS, lo que puede desencadenar PCD. La proyección nucelar funciona como un tejido de transferencia para distribuir nutrientes (principalmente en forma de sacarosa) desde la planta madre hasta el endospermo.
De acuerdo con la degradación de la proyección nucelar en los mutantes tamads29, se detectó una reducción significativa del contenido de sacarosa en los granos tamads29; en consecuencia, los contenidos de sacarosa en las hojas de bandera de tamads29 aumentaron significativamente; además, la formación de gránulos de almidón normales fue completamente deficiente en los mutantes tamads29.
Juntas, estas observaciones respaldan que se requiere TaMADS29 para el llenado de granos, y la pérdida de TaMADS29 conduce a una sobreacumulación de ROS y disfunción del cloroplasto de cariópside, junto con una degradación anterior de la proyección nucelar.
Los análisis de transcriptoma se realizaron utilizando los granos DAF 2, 4 y 6 recolectados de tamads29 y WT, los resultados revelaron que la mayoría de los DEG estaban asociados a las vías relacionadas con ROS y cloroplasto. La mayoría de los genes involucrados en el desarrollo del cloroplasto y la fotosíntesis se regularon a la baja en los granos tamads29, y se detectaron elementos cis de caja CArG de unión a MADS-box TF de alta confianza en las regiones promotoras de la mayoría de estos genes.
EMSA, ChIP-qPCR y ensayos de actividad de activación transcripcional confirmaron el papel directo de TaMADS29 en la activación transcripcional de TaFtsH1, indicaron un papel clave de TaMADS29 en la regulación de niveles de ROS relevantes en granos de trigo a través de la activación de genes relacionados con el desarrollo de cloroplastos y la fotosíntesis.
Mediante el cribado de la biblioteca de ADNc de dos híbridos (Y2H) de levadura derivada de grano de trigo, se descubrió que la subunidad NF-YB del factor nuclear Y (TaNF-YB1) interactúa con TaMADS29 . Los ensayos de actividad de activación transcripcional mostraron que estos dos TF forman un complejo de activación transcripcional para mejorar la activación de los genes diana aguas abajo. La mutación nula en TaNF-YB1 causó una deficiencia en el desarrollo del grano similar a los mutantes tamads29.
En conjunto, TaMADS29 interactúa con TaNF-YB1 para formar un complejo de proteína de activación transcripcional, que regula directamente la transcripción de genes involucrados en el desarrollo y la fotosíntesis del cloroplasto, asegura la estructura y función normales del cloroplasto, inhibe la sobreacumulación de ROS, previene la muerte celular de endospermo y proyección nucelar, mantiene el transporte de nutrientes hacia el endospermo y permite el llenado normal del grano.
Más información: Guoyu Liu et al, TaMADS29 interactúa con TaNF-YB1 para regular sinérgicamente el desarrollo temprano del grano en el trigo harinero, Science China Life Sciences (2023). DOI: 10.1007/s11427-022-2286-0
