Targeted manipulation of grain shape genes effectively improves outcrossing rate and hybrid seed production in rice

异交 生物 基因 粳稻 数量性状位点 转录组 候选基因 水稻 生物技术 杂交种子 粳稻 遗传学 农学 植物 基因表达 混合的 花粉
作者
Xinyu Zhu,Yajun Gou,Yueqin Heng,Wenyan Ding,Yajing Li,Degui Zhou,Xiaoqing Li,Churong Liang,Chuanyin Wu,Haiyang Wang,Rongxin Shen
出处
期刊:Plant Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:21 (2): 381-390 被引量:15
标识
DOI:10.1111/pbi.13959
摘要

Summary Stigma exsertion rate (SER) of the male sterile line is a key limiting factor for hybrid seed production in rice. Although a large number of quantitative trait loci associated with SER have been reported, few genes have been molecularly cloned and functionally characterized, severely hindering the genetic improvement of SER of the male sterile line and the breeding efficiency of hybrid rice. In this study, we identified three grain shape regulatory genes, GS3 , GW8 and GS9 , as potential candidate genes for targeted manipulation of grain shape and SER. We show that simultaneously knocking out these three genes could effectively increase SER by increasing the ratio of spikelet length/spikelet width and length of stigma and style, without negative impacts on other agronomic traits. Cellular examination and transcriptomic analyses revealed a role of these genes in coordinated regulation of transverse and longitudinal cell division in the pistils. Moreover, we demonstrate that targeted manipulation of these grain shape genes could significantly improve the outcrossing rate in both the ZH11 (a japonica variety) and Zhu6S (an indica male sterile line) backgrounds. Our results provide new insights into the mechanisms of rice SER regulation and develop an effective strategy to improve SER and out‐crossing rate in rice, thus facilitating hybrid rice production.
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