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A chlorophyll a oxygenase 1 gene ZmCAO1 contributes to grain yield and waterlogging tolerance in maize

光合作用 气孔导度 突变体 蒸腾作用 生物 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素 植物 基因 生物化学
作者
Qin Li,Shuangzhen Zhou,Wenyu Liu,Zhensheng Zhai,Yitian Pan,Changchang Liu,Mawsheng Chern,Hongwei Wang,Min Huang,Zuxin Zhang,Jihua Tang,Hewei Du
出处
期刊:Journal of Experimental Botany [Oxford University Press]
卷期号:72 (8): 3155-3167 被引量:30
标识
DOI:10.1093/jxb/erab059
摘要

Abstract Chlorophylls function in photosynthesis, and are critical to plant developmental processes and responses to environmental stimuli. Chlorophyll b is synthesized from chlorophyll a by chlorophyll a oxygenase (CAO). Here, we characterize a yellow-green leaf (ygl) mutant and identify the causal gene which encodes a chlorophyll a oxygenase in maize (ZmCAO1). A 51 bp Popin transposon insertion in ZmCAO1 strongly disrupts its transcription. Low enzyme activity of ZmCAO1 leads to reduced concentrations of chlorophyll a and chlorophyll b, resulting in the yellow-green leaf phenotype of the ygl mutant. The net photosynthetic rate, stomatal conductance, and transpiration rate are decreased in the ygl mutant, while concentrations of δ-aminolevulinic acid (ALA), porphobilinogen (PBG) and protochlorophyllide (Pchlide) are increased. In addition, a ZmCAO1 mutation results in down-regulation of key photosynthetic genes, limits photosynthetic assimilation, and reduces plant height, ear size, kernel weight, and grain yield. Furthermore, the zmcao1 mutant shows enhanced reactive oxygen species production leading to sensitivity to waterlogging. These results demonstrate the pleiotropy of ZmCAO1 function in photosynthesis, grain yield, and waterlogging tolerance in maize.
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