ZmCCD8 regulates sugar and amino acid accumulation in maize kernels via strigolactone signalling

生物 司他内酯 信号 氨基酸 植物 细胞生物学 生物化学 基因 拟南芥 突变体
作者
Yanting Zhong,Yongqi Wang,Xiaoying Pan,Ruifeng Wang,Dongdong Li,Wei Ren,Ziyi Hao,Xionggao Shi,Jingyu Guo,Elia Ramarojaona,Mario Schilder,Harro J. Bouwmeester,Limei Chen,Peng Yu,Jijun Yan,Jinfang Chu,Yan-Jun Xu,Wenxin Liu,Zhaobin Dong,Yi Wang,Xiaolan Zhang,Fusuo Zhang,Xuexian Li
出处
期刊:Plant Biotechnology Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1111/pbi.14513
摘要

Summary How carbon (sucrose) and nitrogen (amino acid) accumulation is coordinatively controlled in cereal grains remains largely enigmatic. We found that overexpression of the strigolactone (SL) biosynthesis gene CAROTENOID CLEAVAGE DIOXYGENASE 8 ( CCD8 ) resulted in greater ear diameter and enhanced sucrose and amino acid accumulation in maize kernels. Loss of ZmCCD8 function reduced kernel growth with lower sugar and amino acid concentrations. Transcriptomic analysis showed down‐regulation of the transcription factors ZmMYB42 and ZmMYB63 in ZmCCD8 overexpression alleles and up‐regulation in zmccd8 null alleles. Importantly, ZmMYB42 and ZmMYB63 were negatively regulated by the SL signalling component UNBRANCHED 3, and repressed expression of the sucrose transporters ZmSWEET10 and ZmSWEET13c and the lysine/histidine transporter ZmLHT14 . Consequently, null alleles of ZmMYB42 or ZmMYB63 promoted accumulation of soluble sugars and free amino acids in maize kernels, whereas ZmLHT14 overexpression enhanced amino acid accumulation in kernels. Moreover, overexpression of the SL receptor DWARF 14B resulted in more sucrose and amino acid accumulation in kernels, down‐regulation of ZmMYB42 and ZmMYB63 expression, and up‐regulation of ZmSWEET s and ZmLHT14 transcription. Together, we uncover a distinct SL signalling pathway that regulates sucrose and amino acid accumulation in kernels. Significant association of two SNPs in the 5′ upstream region of ZmCCD8 with ear and cob diameter implicates its potential in breeding toward higher yield and nitrogen efficiency.
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