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PNAS:结球莴苣控制叶球形成的分子机制

已有 1740 次阅读 2021-1-5 08:49 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Upregulation of a KN1 homolog by transposon insertion promotes leafy head development in lettuce

第一作者Changchun Yu

第一单位华中农业大学

通讯作者Hanhui Kuang


 Abstract 


背景回顾Leafy head is a unique type of plant architecture found in some vegetable crops, with leaves bending inward to form a compact head.


提出问题:The genetic and molecular mechanisms underlying leafy head in vegetables remain poorly understood.


主要研究:We genetically fine-mapped and cloned a major quantitative trait locus controlling heading in lettuce.


结果1-克隆基因:The candidate gene (LsKN1) is a homolog of knotted 1 (KN1) from Zea mays.


结果2-遗传互补与基因敲除:Complementation and CRISPR/Cas9 knockout experiments confirmed the role of LsKN1 in heading.


结果3-结构变异:In heading lettuce, there is a CACTA-like transposon inserted into the first exon of LsKN1 (LsKN1).


结果4-插入转座子作用:The transposon sequences act as a promoter rather than an enhancer and drive high expression of LsKN1▽.


结果5-必要不充分:The enhanced expression of LsKN1▽ is necessary but not sufficient for heading in lettuce.


结果6-下游基因:Data from ChIP-sequencing, electrophoretic mobility shift assays, and dual luciferase assays indicate that the LsKN1▽ protein binds the promoter of LsAS1 and down-regulates its expression to alter leaf dorsoventrality.


结论:This study provides insight into plant leaf development and will be useful for studies on heading in other vegetable crops.


 摘 要 


叶球(leafy head)是植物结构的一个独特类型,常见于某些蔬菜作物中,具体表现为叶子向内弯曲形成包裹完全的叶球。蔬菜中控制叶球形成的遗传和分子机理还不清楚。本文中,作者精细定位到了一个控制莴苣叶球形成的主效数量性状位点,并成功克隆到了该基因。候选基因LsKN1是玉米中knotted 1基因的一个同源基因。遗传互补和CRISPR/Cas9敲除试验验证了LsKN1基因在叶球形成中的作用。在能够形成叶球的莴苣中,LsKN1基因的第一个外显子上插入了一个CACTA类转座子,即LsKN1▽。相比于增强子,该转座子更可能是作为启动子驱动LsKN1▽更高的表达。LsKN1▽的高表达对于莴苣叶球的形成是必需的,但并不是充分的。ChIP-seq、EMSA以及双荧光素酶试验显示,LsKN1▽蛋白会结合到LsAS1基因的启动子,下调该基因的表达,从而改变叶片的背腹性。本文的研究为植物的叶片发育提供了新的视野,同时也为其他作物中叶球的研究提供了参考。


 通讯作者 

**匡汉晖**


个人简介:

1988年,江西农业大学,学士;

1991年,北京林业大学,硕士;

1998年,佐治亚大学,博士;

1998-1999年,以色列海法大学,博后;

1999-2003年,加州大学戴维斯分校,博后;

2003-2007年,加州大学伯克莱分校,Associate Specialist;

2008年-至今,华中农业大学,教授。


研究方向:主要研究方向蔬菜特异形状的遗传和分子机理。以莴苣为主要研究对象,同时研究具有与莴苣类似特异器官的甘蓝类和芥菜类蔬菜。

1. 生菜、芥菜和甘蓝结球性状形成的遗传和分子机理;

2. 生菜叶缺刻、大小、叶缘卷曲等叶型形成的遗传和分子机理;

3. 茎用蔬菜(莴笋、榨菜、苤蓝)茎大小控制基因的克隆;

4. 莴苣中的花期控制机制、驯化等重要性状;

5. 莴苣的代谢基因组学。


doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2019698117


Journal: PNAS

Published date: Dec 29, 2020



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