A multiomic study uncovers a bZIP23-PER1A–mediated detoxification pathway to enhance seed vigor in rice

第一作者：Wei-Qing Wang  

通讯单位：中国科学院植物研究所

通讯作者：Xian-Jun Song

背景回顾：Seed vigor in crops is important in terms of improving grain quality and germplasm conservation;

作物种子活力对于改善籽粒品质和种质保存具有重要意义，但对其通过编码蛋白质组和基因网络的调控机制却知之甚少。

提出问题： however, little is known about its regulatory mechanisms through the encoded proteome and gene network. 

研究内容：Comparative analyses of transcriptome (RNA sequencing [RNA-seq]) and broadly targeted metabolic profiling of two subspecific rice cultivars with distinct seed vigor during accelerated aging revealed various biological pathways and metabolic processes as key influences explaining trait differences. 

对两个种子活力不同的亚种水稻品种在加速老化过程中转录组(RNA测序[RNA-seq])和广谱代谢谱的比较分析表明，不同的生物途径和代谢过程是解释性状差异的关键因素。

结果#1：RNA-seq coexpression regulatory network analyses identified several transcription factors, including bZIP23 and bZIP42, that act as nodes in the gene network. Importantly, transgenic seeds of overexpression of bZIP23 enhanced seed vigor, whereas its gene knockout reduced seed vigor, suggesting that the protein it encodes functions as a positive regulator. 

Similarly, overexpression and knockout of PER1A that encodes a key player in the detoxification pathway enhanced and decreased seed vigor, respectively. 

RNA-seq共表达调控网络分析确定了几个转录因子，包括bZIP23和bZIP42，它们是基因网络中的节点。重要的是，过表达bZIP23的转基因种子提高了种子活力，而其基因敲除降低了种子活力，这表明其编码的蛋白具有正调控功能。同样，编码解毒途径中关键角色的PER1A的过表达和敲除分别增强和降低了种子活力。

结果#2：We further demonstrated a direct interaction of the PER1A promoter with bZIP23 in seeds, which activates the expression of PER1A, and the genetic evidence suggested that bZIP23 most likely functions in a common pathway with and acts upstream of PER1A to modulate seed vigor. 

我们进一步证实了PER1A启动子与bZIP23在种子中的直接相互作用，从而激活了PER1A的表达，遗传证据表明bZIP23很可能与PER1A共同发挥作用，并作用于PER1A上游，以调节种子活力。

结果#3：In addition, the control of seed vigor by the bZIP23-PER1A module was connected with that of the abscisic acid signaling pathway. 

此外，bZIP23-PER1A模块对种子活力的调控与脱落酸信号通路有关。

结论：Collectively, we revealed the genetic architecture of variation in seed vigor and uncovered the bZIP23-PER1A–mediated detoxification pathway that enhances the trait in rice.

总而言之，我们揭示了种子活力变异的遗传结构，并发现了bZIP23-per1A介导的解毒途径，增强了水稻的这一特性。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2026355119

作者简介：宋献军：中国科学院植物研究所，植物遗传与功能基因组研究组 

               主要从事水稻重要性状遗传和功能基因组学研究。现阶段主要包括以下内容的工作：1、组蛋白乙酰化调控水稻生长发育的分子机理研究；2、系统解析控制水稻粒型的分子模块和耦合组装；3、一个新的控制水稻粒重QTL的功能分析。 

1999年, 西北农业大学获农学学士学位; 

2002年, 西北农林科技大学获农学硕士学位; 

2007年, 中科院上海生命科学院植物生理生态研究所获理学博士学位。

2007年-2013年，在日本名古屋大学生物机能开发利用研究中心从事博士后研究。

2013年任中国科学院植物研究所研究员

Journal: PNAS

Published date: February 25, 2022