Mutations in starch biosynthesis genes affect chloroplast development in wheat pericarp

淀粉 叶绿体 直链淀粉 生物 光合作用 突变体 生物化学 抗性淀粉 类囊体 植物 基因
作者
Ermelinda Botticella,Giulio Testone,Valentina Buffagni,Samuela Palombieri,Anna Rita Taddei,D. Lafiandra,Luigi Lucini,Donato Giannino,Francesco Sestili
出处
期刊:Plant Physiology and Biochemistry [Elsevier BV]
卷期号:207: 108354-108354 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.plaphy.2024.108354
摘要

Starch bioengineering in cereals has produced a plethora of genotypes with new nutritional and technological functionalities. Modulation of amylose content from 0 to 100% was inversely correlated with starch digestibility and promoted a lower glycemic index in food products. In wheat, starch mutants have been reported to exhibit various side effects, mainly related to the seed phenotype. However, little is known about the impact of altered amylose content and starch structure on plant metabolism. Here, three bread wheat starch mutant lines with extreme phenotypes in starch branching and amylose content were used to study plant responses to starch structural changes. Omics profiling of gene expression and metabolic patterns supported changes, confirmed by ultrastructural analysis in the chloroplast of the immature seeds. In detail, the identification of differentially expressed genes belonging to functional categories related to photosynthesis, chloroplast and thylakoid (e.g. CURT1), the alteration in the accumulation of photosynthesis-related compounds, and the chloroplast alterations (aberrant shape, grana stacking alteration, and increased number of plastoglobules) suggested that the modification of starch structure greatly affects starch turnover in the chloroplast, triggering oxidative stress (ROS accumulation) and premature tissue senescence. In conclusion, this study highlighted a correlation between starch structure and chloroplast functionality in the wheat kernel.

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