Enhancing barley yield potential and germination rate: gene editing of HvGA20ox2 and discovery of novel allele sdw1.ZU9

生物 发芽 等位基因 基因 遗传学 基因组编辑 产量(工程) 计算生物学 植物 基因组 冶金 材料科学
作者
Shanggeng Xie,Fengyue Wang,Mengdi Li,Zhixing Hu,Han Wang,Zhizhong Zhang,Xiang Chen,Zhiye Gu,G. P. Zhang,Lingzhen Ye
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1111/tpj.16798
摘要

SUMMARY Several dwarf and semi‐dwarf genes have been identified in barley. However, only a limited number have been effectively utilized in breeding programs to cultivate lodging resistant varieties. This is due to the common association of dwarf and semi‐dwarf traits with negative effects on malt quality. In this study, we employed gene editing to generate three new haplotypes of sdw1 / denso candidate gene gibberellin ( GA ) 20 ‐ oxidase2 ( GA20ox2 ). These haplotypes induced a dwarfing phenotype and enhancing yield potential, and promoting seed dormancy, thereby reducing pre‐harvest sprouting. Moreover, β‐amylase activity in the grains of the mutant lines was significantly increased, which is beneficial for malt quality. The haplotype analysis revealed significant genetic divergence of this gene during barley domestication and selection. A novel allele ( sdw1.ZU9 ), containing a 96‐bp fragment in the promoter region of HvGA20ox2 , was discovered and primarily observed in East Asian and Russian barley varieties. The 96‐bp fragment was associated with lower gene expression, leading to lower plant height but higher germination rate. In conclusion, HvGA20ox2 can be potentially used to develop semi‐dwarf barley cultivars with high yield and improved malt quality.
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