ABC Transporter OsABCG18 Controls the Shootward Transport of Cytokinins and Grain Yield in Rice

First author: Jiangzhe Zhao; Affiliations: Zhejiang Normal University (浙江师范大学): Zhejiang, China

Corresponding author: Kewei Zhang

Cytokinins are one of the most important phytohormones and play essential roles in multiple life processes in planta. Root-derived cytokinins are transported to the shoots via long-distance transport. The mechanisms of long-distance transport of root-derived CKs remain to be demonstrated. In this study, we report that OsABCG18, a half-size ATP-binding cassette transporter from rice (Oryza sativa L.), is essential for the long-distance transport of root-derived cytokinins. OsABCG18 encodes a plasma membrane protein and is primarily expressed in the vascular tissues of the root, stem and leaf midribs (中脉). The cytokinin profiling, 14C-tZ tracer and xylem-sap assays demonstrated that the shootward transport of the root-derived cytokinins was significantly suppressed in the osabcg18 mutants. Transport assays in tobacco (Nicotiana benthamiana) suggested that OsABCG18 exhibited efflux transport activities for various substrates of cytokinins. While the mutation reduced the root-derived cytokinins in the shoot and grain yield, overexpression of OsABCG18 significantly increased cytokinins in the shoot and improved grain yield. The findings for OsABCG18 as a transporter for long-distance transport of cytokinin provide new insights into the cytokinin transport mechanism and a novel strategy to increase cytokinins in the shoot and promote grain yield.

细胞分裂素是植物中最重要的激素之一，其在植物多个生命进程中发挥重要作用。来自于根中的细胞分裂素会通过长距离运输的方式转运到地上部分。然而，这种将细胞分裂素长距离运输到地上部分的分子机制还有待研究。本文中，作者报道了一个水稻ATP结合盒转运蛋白G亚组蛋白OsABCG18作用于根中产生的细胞分裂素的长距离运输。OsABCG18基因编码一个质膜蛋白，主要在根、茎和叶中脉的维管组织中表达。细胞分裂素图谱、14C-tZ追踪及木质部汁液试验显示在osabcg18突变体中，根来源的细胞分裂素往地上部分的运输被显著抑制了。烟草的遗传转化试验表明OsABCG18存在对多个细胞分裂素底物的外流转运活性。在osabcg18突变体减少根来源的细胞分裂素在地上组织中的含量以及籽粒产量的同时，过表达OsABCG18能够显著增加地上组织中的细胞分裂素含量，并且能够提升籽粒产量。本研究揭示的OsABCG18蛋白作为细胞分裂素长距离运输蛋白对于细胞分裂素的运输机制提供了新的视野，同时也为增加作物地上组织的细胞分裂素含量、促进籽粒产量提供了新的可能。

通讯：张可伟（http://mypage.zjnu.edu.cn/ZKW/zh_CN/index.htm)

个人简介：1996-2000年，山东农业大学，学士；2000-2003年，山东农业大学，硕士；2003-2006年，中国科学院遗传发育所，博士；2006-2009年，美国康奈尔大学，博士后。

研究方向：1. 细胞分裂素运输在植物生长发育和衰老中的作用机制；2. 水杨酸代谢在植物衰老和抗病中的作用机制；3. 水稻和园艺作物的基因工程改良。

doi: https://doi.org/10.1093/jxb/erz382

Journal: Journal of Experimental Botany

Published date: August 24, 2019