Колосок пшеницы: особенности, строение и отличия от ржи

---

10.05.1974 Разное

---

Колосья пшеницы

Жатва не за горами, и мы настоятельно рекомендуем читателям запастись золотыми колосьями пшеницы. Для чего? Сейчас расскажем! Колоски пшеницы — настоящая сокровищница стильных идей для дома и не только, которая свела с ума всю нашу редакцию.

«Так Просто!» создала для тебя потрясную подборку идей пшеничного декора на любой случай. Черпай вдохновение вместе с нами!

Колосья пшеницы

1. Первое и самое простое, что можно сделать из колосков пшеницы, это сплести их в уютный венок.
   

   А смешав множество колосьев различных цветов, можно получить нечто очень оригинальное!

   Если ты считаешь круглые венки слишком скучными, попробуй сплести венок в форме сердца. Смотрится ну очень необычно.

   А заготовив и засушив немного колосьев на год вперед, можно сделать удивительный венок к светлому празднику Пасхи. Дополни его птицами, пестрыми перьями и праздничными яйцами, и ты не прогадаешь!

2. Если венки ну совсем приелись, дверь можно украсить чудесным букетом из колосков. А яркая лента задаст нужное настроение!
   
3. Не обходится без уютных колосков и свадебный декор. Засушенные колосья пшеницы хорошо впишутся в деревенский стиль свадьбы.
   

   Таким нехитрым и очень оригинальным способом можно оформить центральные декорации праздничного стола, приглашения для гостей и посадочные карточки.

   Только взгляни, как это восхитительно!

   А тематический свадебный торт, украшенный колосьями пшеницы, станет настоящей изюминкой праздника. Гости будут в восторге!

4. Из засушенных колосьев пшеницы можно собрать оригинальный букет невесты.
   

   Ну и куда же без бутоньерки для жениха в кантри стиле!

5. Добавь немного ярких красок в букет из колосков, и обычное застолье превратится в красочный праздник. Такой букет станет отличным дополнением детской вечеринки.

   Это целое произведение искусства! Тут и пшеница, и мак, и тыква… Всё выглядит очень натурально и по-домашнему.

   Еще одна превосходная идея осеннего декора. Пышные снопы во главе стола!

6. При помощи колосков пшеницы, бобов и бечевки можно оригинально украсить баночку для сыпучих.
   

   Такой подсвечник совсем несложно смастерить. 10 минут — и на твоем столе уютный очаг, который станет верным спутником теплых домашних посиделок.

Бытует мнение, что композиция из колосков на окне или венок на входной двери оберегают жилище от злых духов, приносят удачу и любовь. Красиво украшенный дом или оформленное с душой событие способны не только поднять настроение, но и добавить уюта. Главное — прояви фантазию, и твоя жизнь наполнится теплом и радостью!

Понравилась статья? Поделись ею с друзьями в соцсетях.

Автор статьи

Кристина Миронюк

Поклонница живописи, особенно Моне и Климта. Обожает кино, ценит музыку на виниле. Архитектура и скульптура — то, что вдохновляет любознательную личность круглосуточно! Кристина занимается изучением цифровых технологий для протезирования в стоматологии. Девушка выбирает минимализм и простоту как в интерьере, так и в жизни. Вдохновляющий горный вид и книга «Двадцать тысяч льё под водой» Жюля Верна — вот что нужно для счастья нашему очаровательному автору!

Пустой колос пшеницы — причины?

Вопрос: Помогите определить причину появления белоколосицы в посевах яровой твёрдой пшеницы, предшественник пшеница мягкая, с осени поле было задисковано. При посеве давали 50 кг селитры в рядок, по кущению вместе с гербицидами был инсектицид системно-контактный, после колошения перед цветением отработали фунгицидом + карбамид 4 кг/га! До цветения такой проблемы не было колосья стояли зеленые, после того как цветение закончилось колос стал отмирать сверху вниз!!! Колоски практически пустые. Признаков поражения вредителями или болезнями нет, корневая система в порядке. От корней и до флагового листа — всё отлично!

В нашем хозяйстве белый колос встречается примерно 1 шт. на 1 кв. м, по краям поля — 2 шт. на 1 кв. м. В соседнем хозяйстве белоколосица на 40% площади! Подскажите, что это?

Мнения агрономов:

Возможные причины белоколосицы:

• Повреждение скрытостебельными вредителями, типа пшеничной или гессенской мухи. Нужно расщепить стебель в районе флагового листа или ниже (в основании стебля), и посмотреть на наличие личинок, либо на продукты ее жизнедеятельности. Заселение происходит в 2-3 листочка культуры. Внутри стебля должен быть ход личинки. Особенно вредят на зяблевых фонах.

Колосья упадут ещё до уборки. И зерна в них совсем нет.

Меры борьбы. Соблюдение севооборота, сроков сева, высокой культуры земледелия – минимальные обработки почвы способствуют увеличению количества вредителей. Протравливание совместно с неоникотиноидами (имидаклоприд, тиаметоксам, клотианидин). Инсектицидная обработка в фазу 2-3-х листочков. В более поздние стадии обработка эффекта большего не дает, так как личинка очень подвижна.

• Прикорневые гнили, в частности, гибеллиноз или гельминтоспориозная корневая гниль. Они тоже вызывают белоколосицу и щуплое зерно. Причина — перенасыщение севооборота колосовыми и посев пшеницы по пшенице, а также минимальная или нулевая обработка почвы в севообороте, несбалансированное минеральное питание.

• Фузариоз колоса. При инфицировании на ранней стадии отмирание идет как раз с верхушечной части колоса. Для проверки на фузариоз колоски необходимо заложить во влажную камеру на 3-4 дня при температуре 20-25 градусов. Если это фузариоз, то будет характерный красный оттенок.

Подробнее о предотвращении фузариозов

Однако есть мнения, что это не корневые гнили, так как корневая система выглядит здоровой. И не фузариоз колоса, потому что при этом заболевании растения гибнут на более обширных территориях, а не 1 или 2 колоса на м.кв. Кроме того, корневые и прикорневые гнили никогда не встречаются единичными выпадами. Вот в соседнем хозяйстве, вероятнее всего, корневые гнили или гибиллиноз.

• Развитие хлебного пилильщика.

Разрежьте стебель, он внутри будет заполненный трухой и продуктами жизнедеятельности личинки. Верхнее междоузлие и колос приобретают белесый цвет при повреждении этим вредителем. Имаго откладывает яйца в стебель, личинка отрождается и с питанием продвигается к основанию стебля, там окукливается и зимует. Бороться необходимо зяблевой вспашкойвспашкой и системными препаратами в период отрождения личинки.

Агрономы рекомендуют сравнить свои посевы пшеницы с посевами соседнего хозяйства: возделываемые сорта, предшественники, системы защиты, агротехнику. Возможно, удастся более точно определить причину белоколосицы.

Задавайте свои вопросы через наш бесплатный сервис «Помощь агронома».

%d0%9a%d0%be%d0%bb%d0%be%d1%81%d1%8c%d1%8f %d0%bf%d1%88%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d1%86%d1%8b PNG, векторы, PSD и пнг для бесплатной загрузки

схема бд электронный компонент технологии принципиальная схема технологическая линия

2000*2000

be careful to slip fall warning sign carefully

2500*2775

естественный цвет bb крем цвета

1200*1200

green environmental protection pattern garbage can be recycled green clean

2000*2000

blue series frame color can be changed text box streamer

1024*1369

3d модель надувной подушки bb cream

2500*2500

chinese wind distant mountain pine tree chinese style pine tree chinese style poster can be combined

3600*2475

три группы 3d реалистичное декоративное яйцо с золотым цветом на гнезде bd с золотым всплеском текстовый баннер

5000*5000

hand painted chinese style pine ink ink graphics can be combined hand painted pine chinese style

2475*3600

крем крем вв вв на воздушной подушке иллюстрация

2000*2000

88 год юбилея векторный дизайн шаблона иллюстрация

4083*4083

logo design can be used for beauty cosmetics logo fashion

1024*1369

black and white eco friendly pattern garbage can be recycled green clean

2000*2000

номер 88 золотой шрифт

1200*1200

элегантный серебряный золотой bb позже логотип значок символа

1200*1200

2022 календарь bd с фоторамкой

2500*2500

bb крем ню макияж косметика косметика

1200*1500

ручная роспись ms на воздушной подушке крем bb

2000*2000

цвет перо на воздушной подушке bb крем трехмерный элемент

1200*1200

облака комиксов

5042*5042

в первоначальном письме bd шаблон векторный дизайн логотипа

1200*1200

буква bf фитнес логотип дизайн коллекции

3334*3334

bb крем тень вектор

1300*1300

3d золотые цифры 88 с галочкой на прозрачном фоне

1200*1200

№ 86 логотип который выглядит элегантно и присоединиться

5000*5000

88 летний юбилей векторный дизайн шаблона иллюстрация

4083*4083

88 лет юбилей празднования вектор шаблон дизайн иллюстрация

4187*4187

номер 86 ​​золотой шрифт

1200*1200

flowering in spring flower buds flowers to be placed rose

2000*2000

логотип fb или bf

2223*2223

чемпион по шоссейным гонкам 86 в исполнении экспертов: « Беги быстро или умри классика

3000*3000

bd письмо 3d круг логотип

1200*1200

be careful warning signs warning signs be

2000*2000

be careful of electric shock signs warning signs warnings

2000*2000

bb логотип письмо дизайн вектор простые и минималистские ключевые слова lan

1202*1202

3d золотые числа 86 с галочкой на прозрачном фоне

1200*1200

в первоначальном письме bd шаблон векторный дизайн логотипа

1200*1200

номер 88 3d рендеринг

2000*2000

be careful of potholes warning signs warning signs caution

2000*2000

аэрозольный баллончик увлажняющий лосьон bb cream парфюм для рук

3072*4107

88 летний юбилей векторный дизайн шаблона иллюстрация

4083*4083

первый логотип bf штанга

4500*4500

глюк числа 88 вектор на прозрачном фоне

1200*1200

в первоначальном письме bd логотипа

1200*1200

первый логотип bf штанга

4500*4500

в первоначальном письме bf логотип шаблон векторный дизайн

1200*1200

3d числа 86 в круге на прозрачном фоне

1200*1200

Красивая розовая и безупречная воздушная подушка bb крем косметика постер розовый красивый розовый Нет времени На воздушной

3240*4320

круглая буквица bd или db дизайн логотипа вектор

5000*5000

фб письмо логотип

1200*1200

Строение цветков и колосьев пшеницы.

(А) Колосок пшеницы. (B) соцветие….

Гетерозис может улучшить стрессоустойчивость, качество и урожайность сельскохозяйственных культур, а мужскую стерильность пшеницы можно использовать для ускорения процесса селекции гибридов. Чтобы определить, участвуют ли митохондриальные гены в фертильности линии K-типа с цитоплазматической мужской стерильностью (CMS) и линии YS-типа с термочувствительной мужской стерильностью (TMS) у пшеницы, мы секвенировали и собрали митохондриальные геномы K519A, 519B, и YS3038 с помощью секвенирования нового поколения (NGS).Были проанализированы несинонимичные мутации, и было проведено секвенирование первого поколения для проверки несинонимичных сайтов мутаций. Кроме того, были проанализированы паттерны экспрессии генов с несинонимичными мутациями. Наконец, гены-кандидаты были подавлены с помощью индуцированного вирусом полосатой мозаики ячменя сайленсинга генов (BSMV-VIGS) для проверки функций генов-кандидатов. Результаты показали, что митохондриальные геномы K519A, 519B и YS3038 имели длину 420 543, 433 560 и 452 567 п. н. соответственно.Кроме того, у K519A, 519B и YS3038 было идентифицировано 33, 31 и 37 генов, кодирующих белок, соответственно. Было 14 генов, кодирующих белок, и 83 последовательности открытой рамки считывания (ORF), которые различались между K519A и 519B, и 10 генов, кодирующих белок, и 122 последовательности ORF, которые различались между K519A и YS3038. На двухъядерной стадии семь генов (nad6, ORF256, ORF216, ORF138, atp6, nad3 и cox1) были подавлены у K519A по сравнению с 519B, а 10 генов (nad6, atp6, cox3, atp8, nad3, cox1, rps3, ORF216 , ORF138 и ORF224) были подавлены в YS3038 по сравнению с K519A.Кроме того, шесть генов (nad6, ORF138, cox3, cox1, rps3 и ORF224) подавлялись в фертильных условиях по сравнению со стерильными условиями в YS3038. Анализ сайленсинга гена показал, что сайленсинг cox1 значительно снижает скорость завязывания семян YS3038, что указывает на то, что ген cox1 может быть вовлечен в трансформацию фертильности YS3038.

Генетическая модификация расположения колосков у пшеницы увеличивает количество зерен без существенного влияния на массу зерна Guerche C, Loaec M, Lainé M, Steinbach D, Choulet F, Rimbert H, Leroy P, Guilhot N, Salse J, Feuillet C, Paux E, Eversole K, Adam-Blondon AF, Quesneville H, Consortium IWGS (2018) Linking Международный консорциум по секвенированию генома пшеницы ссылается на последовательность генома мягкой пшеницы на генетические и феномические данные пшеницы.

Геном Биол 19:111

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Алонсо М.П., ​​Мирабелла Н.Е., Панело Дж.С., Сендоя М.Г., Понтароли А.С. (2018) Отбор на высокий индекс фертильности колоса увеличивает генетический прогресс в урожайности зерна и стабильности мягкой пшеницы. Euphytica 214:112

Статья КАС Google Scholar

Alvaro F, Isidro J, Villegas D, del Moral LFG, Royo C (2008) Старые и современные сорта твердой пшеницы из Италии и Испании различаются по основным компонентам колоса.Полевые культуры Res 106:86–93

Статья Google Scholar

Aoki N, Whitfeld P, Hoeren F, Scofield G, Newell K, Patrick J, Offler C, Clarke B, Rahman S, Furbank RT (2002) Три гена транспортера сахарозы экспрессируются в развивающемся зерне гексаплоидной пшеницы. Завод Мол Биол 50:453–462

Артикул КАС пабмед Google Scholar

Ассенг С.

, Эверт Ф., Мартре П., Роттер Р.П., Лобелл Д.Б., Каммарано Д., Кимбалл Б.А., Оттман М.Дж., Уолл Г.В., Уайт Дж.В., Рейнольдс М.П., ​​Олдерман П.Д., Прасад П.В.В., Аггарвал П.К., Анотай Дж., Бассо Б., Бирнат С., Чаллинор А.Дж., Де Санктис Г., Долтра Дж., Феререс Э., Гарсия-Виле М., Гайлер С., Хугенбум Г., Хант Л.А., Изаурральде Р.С., Джаблун М., Джонс К.Д., Керсебаум К.С., Келер А.К., Мюллер С., Кумар С.Н., Нендел С., О’Лири Г., Олесен Дж.Э., Палосуо Т., Присак Э., Резаи Э.Е., Руане А.С., Семенов М.А., Щербак И., Стокл С., Стратонович П., Стрек Т., Супит И., Тао Ф., Торберн П.Дж., Ваха К., Ван Э., Уоллах Д., Вольф И., Чжао З., Чжу И. (2015) Повышение температуры снижает мировое производство пшеницы.Nat Clim Change 5:143–147

Статья Google Scholar

Остин Р.Б., Бингэм Дж., Блэквелл Р.Д., Эванс Л.Т., Форд М.А., Морган К.Л., Тейлор М. (1980) Генетические улучшения урожайности озимой пшеницы с 1900 г. и связанные с ними физиологические изменения.

J Agric Sci 94:675–689

Статья Google Scholar

Beales J, Turner A, GriYths S, Snape JW, Laurie DA (2007) Неправильная экспрессия регулятора псевдоответа у нечувствительного к фотопериоду мутанта Ppd-D1a пшеницы ( Triticum aestivum L.). Theor Appl Genet 115:721–733

Статья КАС пабмед Google Scholar

Блэйд С.Ф., Бейкер Р.Дж. (1991) Реакция массы ядра на изменения стока источника у яровой пшеницы. Crop Sci 31:1117–1120

Статья Google Scholar

Boden SA, Cavanagh C, Cullis BR, Ramm K, Greenwood J, Finnegan EJ, Trevaskis B, Swain SM (2015) Ppd-1

является ключевым регулятором архитектуры соцветия и развития парных колосков у пшеницы.Nat Plants 1:1–16

Статья КАС Google Scholar

Bonnet OT (1967) Соцветия кукурузы, пшеницы, ржи, ячменя и овса: их зарождение и развитие, том 721. Университет Иллинойса, Бюллетень Колледжа сельскохозяйственных экспериментальных станций, Шампейн

Google Scholar

Боррас Л., Слафер Г.А., Отеги М.Е. (2004) Реакция сухого веса семян на манипуляции «источник-поглотитель» в пшенице, кукурузе и сое: количественная переоценка.Полевые культуры Res 86:131–146

Статья Google Scholar

Borrás L, Slafer GA, Otegui MaE (2004) Реакция сухого веса семян на манипуляции «источник-поглотитель» в пшенице, кукурузе и сое: количественная переоценка. Полевые культуры Res 86:131–146

Статья Google Scholar

Чепмен Дж.А., Машер М., Булук А., Барри К., Георганас Э., Сешн А., Стрнадова В., Дженкинс Дж., Сегал С., Оликер Л., Шмутц Дж., Йелик К.А., Шольц У., Во Р., Польша Дж.А., Мюльбауэр GJ, Stein N, Rokhsar DS (2015)Подход к сборке и закреплению гексаплоидного генома мягкой пшеницы с использованием всего генома. Геном Биол 16:26

Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Кокрам Дж., Джонс Х., Ли Ф.Дж., О’Салливан Д., Пауэлл В., Лори Д.А., Гренландия А.Дж. (2007) Контроль времени цветения зерновых культур умеренного пояса: гены, одомашнивание и устойчивая продуктивность. J Exp Bot 58:1231–1244

Статья КАС пабмед Google Scholar

Craufurd PQ, Wheeler TR (2009) Изменение климата и время цветения однолетних культур.J Exp Bot 60:2529–2539

Статья КАС пабмед Google Scholar

Cruz-Aguado JA, Reyes F, Rodes R, Perez I, Dorado M (1999) Влияние соотношения источников и стоков на распределение сухого вещества и ¹⁴ C-фотоассимилятов в пшенице во время наполнения зерна. Энн Бот 83:655–665

Статья Google Scholar

Debernardi JM, Lin H, Chuck G, Faris JD, Dubcovsky J (2017) микроРНК172 играет решающую роль в морфогенезе колоса пшеницы и обмолачиваемости зерна. Разработка 144:1966–1975

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Dixon LE, Greenwood JR, Bencivenga S, Zhang P, Cockram J, Mellers G, Ramm K, Cavanagh C, Swain SM, Boden SA (2018) TEOSINTE BRANCHED1 регулирует архитектуру и развитие соцветий мягкой пшеницы ( Triticum aestivum ). Растительная клетка 30:563–581

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Добровольская О., Понт С., Сибу Р., Мартинек П., Бадаева Э., Мурат Ф., Чоссон А., Ватанабэ Н., Прат Э., Готье Н., Готье В., Понсе С., Орлов Ю.Л., Красников А.А., Бержес Х., Салина E, Laikova L, Salse J (2015) FRIZZY PANICLE загоняет нештатные колоски в мягкую пшеницу.Завод Физиол 167:189–199

Статья КАС пабмед Google Scholar

Ellwood ER, Temple SA, Primack RB, Bradley NL, Davis CC (2013) Рекордное раннее цветение на востоке США. PLoS ONE 8:e53788

Артикул КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Faricelli ME, Valarik M, Dubcovsky J (2010) Контроль времени цветения и развития колоса у злаков: раннеспелость per se Eps-1 область пшеницы, риса и Brachypodium .Funct Integr Genom 10:293–306

Статья КАС Google Scholar

Ферранте А., Савин Р., Слафер Г.А. (2012) Различия в физиологии урожайности между современными, хорошо адаптированными сортами твердой пшеницы, выращенными в контрастных условиях. Полевые культуры Res 136:52–64

Статья Google Scholar

Ферранте А., Картель Дж., Савин Р., Слафер Г.А. (2017) Определение урожайности, взаимодействие между основными компонентами и стабильность урожайности традиционной и современной пшеницы в широком диапазоне условий.Полевые культуры Res 203:114–127

Статья Google Scholar

Фишер Р. А. (1985) Количество зерен в посевах пшеницы и влияние солнечной радиации и температуры. J Agric Sci 105:447–461

Статья Google Scholar

Фишер Р.А. (2007) Понимание физиологических основ потенциальной урожайности пшеницы. J Agric Sci 145:99–113

Статья Google Scholar

Flintham J, Börner A, Worland A, Gale M (1997) Оптимизация урожайности зерна пшеницы: влияние Rht (нечувствительных к гиббереллину) генов карликовости.J Agric Sci 128:11–25

Статья Google Scholar

Foulkes MJ, Slafer GA, Davies WJ, Berry PM, Sylvester-Bradley R, Martre P, Calderini DF, Griffiths S, Reynolds MP (2011) Повышение потенциала урожайности пшеницы. III. Оптимизация разделения на зерно при сохранении устойчивости к полеганию. J Exp Bot 62:469–486

Статья КАС пабмед Google Scholar

Friend DJC (1965) Длина колоса и количество колосков пшеницы, выращенной при различных температурах и освещенности. Can J Bot 43:345–353

Статья Google Scholar

Гамбин Б.Л., Боррас Л. (2010) Распределение ресурсов и компромисс между количеством семян и весом семян: сравнение между видами сельскохозяйственных культур. Ann Appl Biol 156:91–102

Статья Google Scholar

Gawroński P, Ariyadasa R, Himmelbach A, Poursarebani N, Kilian B, Stein N, Steuernagel B, Hensel G, Kumlehn J, Sehgal SK (2014) Искаженные циркадные часы вызывают раннее цветение и температурно-зависимую вариацию шипов развития мутанта Eps-3Am однозернянки.Генетика 196:1253–1261

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Гонсалес Ф.Г., Мираллес Д.Дж., Слафер Г.А. (2011) Выживаемость соцветий пшеницы в зависимости от роста колоса до цветения. J Exp Bot 62:4889–4901

Статья КАС пабмед Google Scholar

Гринвуд Дж. Р., Финнеган Э. Дж., Ватанабе Н., Треваскис Б., Суэйн С. М. (2017) Новые аллели гена одомашнивания пшеницы Q обнаруживают многочисленные роли в росте и репродуктивном развитии.Разработка 144:1959–1965

Статья КАС пабмед Google Scholar

Griffiths S, Wingen L, Pietragalla J, Garcia G, Hasan A, Miralles D, Calderini DF, Ankleshwaria JB, Waite ML, Simmonds J, Snape J, Reynolds M (2015) Генетическое исследование размера и количества зерен компромиссы в зародышевой плазме пшеницы СИММИТ. PLoS One 10:e0118847

Артикул КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Guo Z, Schnurbusch T (2015) Изменение фертильности соцветий у гексаплоидной пшеницы, выявленное путем удаления побегов.J Exp Bot 66:5945–5958

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Guo Z, Slafer GA, Schnurbusch T (2016) Генотипическая изменчивость признаков фертильности колоса и размера завязи как детерминанты выживаемости соцветий и зерна у пшеницы. J Exp Bot 67:4221–4230

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Guo Z, Chen D, Alqudah AM, Röder MS, Ganal MW, Schnurbusch T (2017) Полногеномный ассоциативный анализ 54 признаков выявил несколько локусов для определения фертильности цветков пшеницы.Новый Фитол 214:257–270

Статья КАС пабмед Google Scholar

Го З., Чен Д., Рёдер М., Ганал М., Шнурбуш Т. (2018) Генетическое исследование продолжительности предцветовой подфазы во время развития репродуктивного колоса пшеницы. Завод J 95:909–918

Артикул КАС Google Scholar

Hucl P, Fowler BJ (1992) Сравнение разветвленной колосовидной пшеницы с сортами Neepawa и Hy320 по урожайности зерна и компонентам урожайности.Can J Plant Sci 72:671–677

Статья Google Scholar

Хуш Г. С. (2001) Зеленая революция: путь вперед. Nat Rev Genet 2:815–822

Статья КАС пабмед Google Scholar

Lawlor DW, Paul MJ (2014)Взаимодействия источник/поглотитель лежат в основе урожайности: пример трегалозо-6-фосфата/SnRK1 в улучшении пшеницы. Front Plant Sci 5:418

Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Lewis S, Faricelli ME, Appendino ML, Valarik M, Dubcovsky J (2008) Хромосомная область, включая раннеспелость per se локуса Eps-Am1, влияет на продолжительность ранних фаз развития и количество колосков у диплоидной пшеницы.J Exp Bot 59:3595–3607

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Li H (2011) Статистическая основа для определения SNP, обнаружения мутаций, картирования ассоциации и оценки генетических параметров популяции на основе данных секвенирования. Биоинформатика 27:2987–2993

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Li H (2013) Выравнивание прочтений последовательностей, последовательностей клонирования и сборочных контигов с помощью BWA-MEM.Препринт arXiv. архив: 1303.3997

Li H, Handsaker B, Wysoker A, Fennell T, Ruan J, Homer N, Marth G, Abecasis G, Durbin R, Proc GPD (2009) Формат выравнивания/карты последовательностей и SAMtools. Биоинформатика 25:2078–2079

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Лю Б., Лю Л., Тянь Л., Цао В., Чжу Ю., Ассен С. (2014) Тепловой стресс после колошения и влияние на урожайность озимой пшеницы в Китае.Glob Change Biol 20:372–381

Статья Google Scholar

Martin M (2011) Cutadapt удаляет последовательности адаптеров из считываний высокопроизводительного секвенирования. EMBnet J 17:10–12

Статья Google Scholar

Martinez-Barajas E, Delatte T, Schluepmann H, de Jong GJ, Somsen GW, Nunes C, Primavesi LF, Coello P, Mitchell RA, Paul MJ (2011) Развитие зерна пшеницы характеризуется значительным содержанием трегалозо-6-фосфата аккумуляция предзерновой начинки: распределение в тканях и связь с активностью протеинкиназы1, связанной с SNF1.Завод Физиол 156:373–381

Артикул КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Mascher M, Wu SY, St Amand P, Stein N, Poland J (2013) Применение генотипирования путем секвенирования на платформах полупроводникового секвенирования: сравнение генетического и эталонного порядка маркеров в ячмене. PLoS One 8:e76925

Артикул КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

McMaster GS (1997) Фенология, развитие и рост пшеницы ( Tritimm aestivum L. ) стрелять апекс: обзор. В: Sparks DL (ed) Достижения в области агрономии. Academic Press Inc, США, стр. 63–118. http://www.apnet.com

Google Scholar

McSteen P (2009) Гормональная регуляция ветвления у трав. Завод Физиол 149:46–55

Артикул КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Мираллес Д.Дж., Слафер Г.А. (2007) Ограничения стока для урожая пшеницы: как его можно уменьшить? J Agric Sci 145:139–149

Статья Google Scholar

Майерс С.С., Занобетти А., Клуг И., Хайберс П., Лики А.Д., Блум А.Дж., Карлайл Э., Диттерих Л.Х., Фитцджеральд Г., Хасегава Т., Холбрук Н.М., Нельсон Р.Л., Оттман М.Дж., Рабой В., Сакаи Х., Сартор KA, Schwartz J, Seneweera S, Tausz M, Usui Y (2014) Увеличение CO ₂ угрожает питанию человека.Природа 510:139–142

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Pennell A, Halloran GM (1984a) Влияние яровизации и фотопериода на экспрессию дополнительных колосков у пшеницы. Энн Бот 53:821–831

Статья Google Scholar

Pennell AL, Halloran GM (1984b) Влияние времени посева, фотопериода и температуры на появление дополнительных колосков у пшеницы ( Triticum ).Can J Bot Revue Canadienne De Botanique 62: 1687–1692

Google Scholar

Персиваль Дж. (1921) Растение пшеницы: монография. Duckworth and Co., Лондон, стр. 241–261

Книга Google Scholar

Pinthus MJ, Millet E (1978) Взаимосвязь между количеством колосков, количеством зерен и массой зерна в колосе пшеницы ( Triticum-Aestivum L). Энн Бот 42:839–848

Статья Google Scholar

Польша JA, Brown PJ, Sorrells ME, Jannink JL (2012) Разработка генетических карт высокой плотности для ячменя и пшеницы с использованием нового двухферментного генотипирования путем секвенирования. PLoS One 7:e32253

Артикул КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Пурсаребани Н., Зайденстикер Т., Копполу Р., Траутевиг С., Гавронски П., Бини Ф., Говинд Г., Руттен Т., Сакума С., Тагири А., Вольде Г.М., Юссеф Х.М., Баттал А., Цианнамеа С., Фуска Т., Нуссбаумер Т., Поцци С., Борнер А., Лундквист У., Комацуда Т., Сальви С., Тубероза Р., Уауи С., Шринивасулу Н., Россини Л., Шнурбуш Т. (2015) Генетическая основа сложной формы колоса у ячменя и «чудо-пшеницы».Генетика 201:155–165

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Rawson HM (1970) Число колосков, его контроль и отношение к урожайности с колоса у пшеницы. Austr J Biol Sci 23:1–16

Статья Google Scholar

Rawson H (1971) Верхний предел количества колосков на колос у пшеницы в зависимости от фотопериода. Crop Pasture Sci 22:537–546

Статья Google Scholar

Роусон Х.М., Ричардс Р.А. (1993) Влияние высокой температуры и фотопериода на развитие цветков у изолиний пшеницы, отличающихся генами яровизации и фотопериода.Полевые культуры Res 32:181–192

Статья Google Scholar

Rawson H, Ruwali K (1972) Ветвление початков как средство повышения однородности зерна пшеницы. Aust J Agric Res 23:551–559

Статья Google Scholar

Рейнольдс М., Кальдерини Д., Кондон А., Варгас М. (2007) Связь признаков источника/поглотителя с урожайностью, биомассой и эффективностью использования радиации среди случайных сестринских линий от трех скрещиваний пшеницы в условиях высокой урожайности.J Agric Sci 145:3–16

Статья Google Scholar

Reynolds M, Foulkes MJ, Slafer GA, Berry P, Parry MAJ, Snape JW, Angus WJ (2009) Повышение потенциала урожайности пшеницы. J Exp Bot 60:1899–1918

Статья КАС пабмед Google Scholar

Ричардс Р. (1996) Повышение потенциальной урожайности пшеницы: управление источниками и поглотителями. В: Рейнольдс М.П., ​​Раджарам С., Макнаб А. (ред.) Повышение потенциала урожайности пшеницы: преодоление барьеров.Международный центр улучшения кукурузы и пшеницы, Сонора, стр. 134–149

Google Scholar

Рёдер М.С., Корзун В., Вендехаке К., Плашке Дж., Тиксиер М.Х., Лерой П., Ганал М.В. (1998) Микроспутниковая карта пшеницы. Генетика 149:2007–2023

PubMed ПабМед Центральный Google Scholar

Royo C, Alvaro F, Martos V, Ramdani A, Isidro J, Villegas D, del Moral LFG (2007) Генетические изменения в компонентах урожайности твердой пшеницы и связанных с ними признаков итальянских и испанских сортов в течение 20-го века.Euphytica 155:259–270

Статья Google Scholar

Санчес-Гарсия М. , Ройо С., Апарисио Н., Мартин-Санчес Дж.А., Альваро Ф. (2013) Генетическое улучшение урожайности мягкой пшеницы и связанных с ней признаков в Испании в 20 веке. J Agric Sci 151:105–118

Статья КАС пабмед Google Scholar

Сато-Нагасава Н., Нагасава Н., Малкомбер С., Сакаи Х., Джексон Д. (2006) Метаболический фермент трегалозы контролирует структуру соцветия кукурузы.Природа 441:227–230

Статья КАС пабмед Google Scholar

Серраго Р.А., Альзуэта И., Савин Р., Слафер Г.А. (2013) Понимание реакции урожайности зерна на соотношение «источник-поглотитель» при наполнении зерна пшеницы и ячменя в контрастных условиях. Полевые культуры Res 150:42–51

Статья Google Scholar

Шарман Б. (1944) Разветвленные кочаны пшеницы и гибридов пшеницы.Природа 153:497–498

Статья Google Scholar

Шоу Л. М., Тернер А.С., Херри Л., Гриффитс С., Лори Д.А. (2013)Мутантные аллели фотопериода-1 у пшеницы ( Triticum aestivum L.), которые придают фенотип позднего цветения в длинные дни. PLoS One 8:e79459

Артикул КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Slafer GA, Miralles DJ (1993) Эффективность плодоношения трех сортов мягкой пшеницы ( Tritkum aestivum ), выпущенных в разные эпохи.Количество зерен в колосе и масса зерна. J Agron Crop Sci 170:251–260

Статья Google Scholar

Слафер Г.А., Савин Р. (1994) Взаимоотношения между источником и поглотителем и масса зерна в разных местах внутри колоса пшеницы. Полевые культуры Res 37:39–49

Статья Google Scholar

Слафер Г.А., Элиа М., Савин Р., Гарсия Г.А., Терриле II, Ферранте А., Миральес Д.Дж., Гонсалес Ф.Г. (2015) Эффективность плодоношения: альтернативный признак для дальнейшего повышения урожайности пшеницы. Food Energy Secur 4:92–109

Статья Google Scholar (2015) Наполнение семян одомашненной кукурузы и риса зависит от SWEET-опосредованного транспорта гексозы. Нат Жене 47:1489

Статья КАС пабмед Google Scholar

Международный консорциум по секвенированию генома пшеницы (IWGSC) (2014 г.) Основанный на хромосомах проект последовательности генома гексаплоидной мягкой пшеницы ( Triticum aestivum ).Наука 345:1251788

Статья КАС Google Scholar

Томас С.Г. (2017) Роман Rht-1 Гены карликовости: инструменты для селекции пшеницы и анализа функции белков DELLA. J Exp Bot 68:354–358

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

USDA (1916 г.) Аляска и стоунер, или «чудодейственная» пшеница: две разновидности представлены в искаженном виде. Бюллетень № 357, Министерство сельского хозяйства США, Вашингтон, округ Колумбия

Уайт А.С., Роджерс А., Рис М., Осборн С.П. (2016) Как мы можем ускорить рост растений? Взгляд источника-приемника на темпы роста. J Exp Bot 67:31–45

Статья КАС пабмед Google Scholar

Уорланд А., Бёрнер А., Корзун В., Ли В., Петрович С., Сайерс Э. (1998) Влияние генов фотопериода на адаптивность европейских озимых пшениц.Euphytica 100:385–394

Статья КАС Google Scholar

Ян Л., Лукоянов А., Транкилли Г., Хельгера М., Фахима Т., Дубковский Дж. (2003) Позиционное клонирование гена яровизации пшеницы VRN1. Proc Natl Acad Sci 100:6263–6268

Статья КАС пабмед Google Scholar

Ян Л., Лукоянов А., Блечл А., Транквилли Г., Рамакришна В., СанМигель П., Беннетцен Дж.Л., Эченик В. , Дубковский Дж. (2004) Ген VRN2 пшеницы представляет собой репрессор цветения, подавляемый яровизацией.Science 303:1640–1644

Статья КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

Yan L, Fu D, Li C, Blechl A, Tranquilli G, Bonafede M, Sanchez A, Valarik M, Yasuda S, Dubcovsky J (2006) Ген яровизации пшеницы и ячменя VRN3 является ортологом FT. Proc Natl Acad Sci 103:19581–19586

Статья КАС пабмед Google Scholar (2017) ) VRS2 регулирует опосредованное гормонами формирование паттерна соцветий ячменя.Nat Genet 49:157–161

Статья КАС Google Scholar

Youssefian S, Kirby EJM, Gale MD (1992a) Плейотропные эффекты нечувствительных к GA генов карликовости Rht у пшеницы. 1. Влияние на развитие колоса, стебля и листьев. Полевые культуры Res 28:179–190

Статья Google Scholar

Youssefian S, Kirby EJM, Gale MD (1992b) Плейотропные эффекты нечувствительных к GA генов карликовости Rht у пшеницы. 2. Влияние на рост листьев, стеблей, колоса и соцветий. Полевые культуры Res 28:191–210

Статья Google Scholar

Ю С.М., Ло С.Ф., Хо Т.Х. (2015) Связь источник-приемник: регулируется перекрестными сигналами гормонов, питательных веществ и стресса. Trends Plant Sci 20:844–857

Статья КАС пабмед Google Scholar

Чжан Х., Тернер Н.К., Пул М.Л. (2010) Баланс между источником и поглотителем и управление отношениями поглотитель-источник пшеницы показывают, что потенциал урожайности пшеницы ограничен поглотителем в зонах с большим количеством осадков.Crop Pasture Sci 61:852–861

Статья Google Scholar

Зихали М., Винген Л.У., Гриффитс С. (2016) Разграничение раннеспелости per se D1 ( Eps-D1 ) гена цветения до субтеломерной хромосомной делеции у мягкой пшеницы ( Triticum aestivum ). J Exp Bot 67:287–299

Статья КАС пабмед Google Scholar

Пшеница VRN1, FUL2 и FUL3 играют решающую роль в развитии колосков и детерминации колосков | Развитие

Растения с отдельными мутациями vrn1- null, ful2- null и ful3- null давали нормальные колоски и цветки, но мутанты vrn1ful2- null или vrn1ful2ful3- null имели колосовидные структуры, в которых все боковые колоски сменились облиственными побегами (рис.2A-J), именуемые в дальнейшем «цветоносные кустики». Удаление этих побегов соцветия выявило более толстый и короткий стержень с меньшим количеством междоузлий различной длины, но все еще сохраняющий характерные чередующиеся углы междоузлий, типичные для стержня дикого типа (рис. 2B).

У нулевых мутантов vrn1ful2- примерно 70% побегов центрального соцветия имели листовидные колосковые чешуи, цветковые цветковые чешуи и аномальные цветочные органы, в то время как остальные были полностью вегетативными. Цветочные аномалии включали листовые лодикулы, уменьшенное количество пыльников, пыльники, сросшиеся с завязями, и множественные завязи (рис. 2E-G). После первого модифицированного цветка меристемы этих побегов соцветия развили 2-5 настоящих листьев, прежде чем снова перейти к ИМ, генерирующему боковые ВМ (рис. 2Е). Совместное присутствие цветочных органов и листьев предполагает, что исходная меристема имела промежуточную идентичность между VM и SM до перехода к IM. У нулевого двойного мутанта vrn1ful2- побеги соцветия были покрыты прицветниками (рис.2С,Г).

У нулевых мутантов vrn1ful2ful3- боковые меристемы образовывали побеги соцветия, не имевшие цветочных органов, которые были покрыты листьями в базальных позициях и прицветниками в более дистальных позициях (рис. 2H-J). Наличие хорошо развитых пазушных побегов в этих прикорневых листьях соцветия (рис. 2З, L19 и L20) маркировало границу колосовидной структуры, поскольку в настоящих листьях, расположенных ниже этой границы, не было обнаружено ни пазушных побегов, ни развивающихся почек ( Инжир. 2Н, L11-L18).

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) изображений ранних развивающихся соцветий у мутантов vrn1ful2- null и vrn1ful2ful3- null выявила удлиненные структуры с двойным гребнем, подобные таковым у Kronos (рис. 3A) или vrn1- null ( Рис. 3C) растения. Подавление нижнего листового гребня было полным у Kronos (рис. 3А) и у vrn1- null (рис. 3D, красные стрелки), но было неполным у vrn1ful2- null (рис.3B,E, желтые стрелки) и еще слабее в vrn1ful2ful3- null (рис. 3C,F, зеленые стрелки). В результате этого изменения побеги соцветия были покрыты прицветниками в vrn1ful2- null (рис. 2C, D) и листьями в vrn1ful2ful3- null (рис. 2H, I). Верхние гребни (рис. 3А-С, точки) переходили в нормальные СМ у vrn1- null, с зачатками чешуи и цветковой чешуи (рис. 3D,G), но выглядели как типичные вегетативные меристемы у vrn1ful2- null и vrn1ful2ful3- нулевые растения (рис. 3Е,F,H,I).

Чтобы лучше охарактеризовать относительные эффекты VRN1 и FUL2 , мы исследовали их индивидуальные эффекты, когда они присутствуют в виде единственной функциональной копии в гетерозиготном состоянии (подчеркнуто). Оба ful2- null/ Vrn-A1 vrn-B1-null (функциональный Vrn-A1 аллель весеннего роста) и ful2- null/ vrn-A1 -null vrn-B1 ( функциональный vrn-B1 аллель зимнего типа роста) давали колосовидные структуры с облиственными боковыми побегами (рис.S6A,B) и нормальные цветочные органы (рис. S6C), но без жизнеспособных семян. В развивающихся колосьях этих растений были обнаружены боковые меристемы с цветочными зачатками (рис. S6D), некоторые из которых позже развились в колоски с удлиненной осью (рахиллы) и листовые органы (рис. S6E-G). Напротив, наличие единственной гетерозиготной копии FUL2 ( vrn1- null/ ful-A2 -null Ful-B2 ) было достаточным для образования более нормально выглядящих колосков (рис.  S6H-J). , некоторые из которых смогли заложить всхожие семена.У этого мутанта также наблюдались аномальные колоски (рис. S6I) и базальные ветви с боковыми колосками и фертильными цветками (рис. S6J). В совокупности эти результаты показывают, что VRN1 , FUL2 и FUL3 играют избыточную и существенную роль в развитии колосков, при этом FUL2 оказывает самый сильный эффект, а FUL3 — самый слабый.

Ppd-1 является ключевым регулятором строения соцветия и развития парных колосков у пшеницы

1

Doebley, J., Гаут, Б.С. и Смит, Б.Д. Молекулярная генетика одомашнивания сельскохозяйственных культур. Cell 127 , 1309–1321 (2006).

КАС Статья Google Scholar

2

Фоллбрехт, Э., Спрингер, П.С., Го, Л., Баклер, Э.С. И.В. и Мартиенссен, Р. Архитектура цветочных ветвей кукурузы и родственных трав. Природа 436 , 1119–1126 (2005).

КАС Статья Google Scholar

3

Асикари, М. и др. Цитокининоксидаза регулирует производство зерна риса. Наука 309 , 741–745 (2005).

КАС Статья Google Scholar

4

Миура, К. и др. OsSPL14 способствует ветвлению метелки и повышению урожайности зерна риса. Природа Жене . 42 , 545–549 (2010).

КАС Статья Google Scholar

5

Рамзи Л. и др. INTERMEDIUM-C, модификатор фертильности боковых колосков ячменя, является ортологом гена доместикации кукурузы TEOSINTE BRANCHED 1 . Природа Жене . 43 , 169–172 (2011).

КАС Статья Google Scholar

6

Тернер А., Билз Дж., Форе С., Данфорд Р. П. и Лори Д. А. Регулятор псевдореакции Ppd-h2 обеспечивает адаптацию ячменя к фотопериоду. Наука 310 , 1031–1034 (2005).

КАС Статья Google Scholar

7

Билз, Дж., Тернер, А., Гриффитс, С., Снейп, Дж.В. и Лори, Д.А. Triticum aestivum L.). Теор. заявл. Гене . 115 , 721–733 (2007).

КАС Статья Google Scholar

8

Шарман Б.C. Разветвленные корзинки у пшеницы и гибридов пшеницы. Природа 153 , 497–498 (1944).

Артикул Google Scholar

9

Шарман, Б. К. Интерпретация морфологии различных естественных аномалий соцветия пшеницы ( Triticum ). Кан. Дж. Бот . 45 , 2073–2080 (1967).

Артикул Google Scholar

10

Добровольская О. и др. ВОЛЧАТАЯ МЕТЕЛКА загоняет нештатные колоски в мягкую пшеницу ( T. aestivum L.). Завод Физиол . http://dx.doi.org/10.1104/pp.114.250043 (2014 г.).

11

Йен, К. и Ян, Дж. Л. Существенная природа органов у злаков, теория множественных вторичных осей: новая концепция. Дж. Сычуань Агрик. Университет . 10 , 544–565 (1992).

Google Scholar

12

Корич С . Гены ветвления Triticum aestivum . проц. Междунар. Пшеница Жене. Симп. 4-е место, Колорадо, Миссури, 283–288 (1973).

Google Scholar

13

Пеннелл, А. Л. и Халлоран, Г. М. Наследование нештатных колосков у пшеницы. Euphytica 32 , 767–776 (1983).

Артикул Google Scholar

14

Иглз, Х. А., Кейн, К. и Валланс, Н.Поток аллелей важных генов фотопериода и яровизации через австралийскую пшеницу. Наука о пастбищах . 60 , 646 (2009).

КАС Статья Google Scholar

15

Хуан Б. Э. и др. Многородительская смешанная популяция продвинутого поколения для генетического анализа пшеницы. Биотехнологический завод. Дж . 10 , 826–839 (2012).

КАС Статья Google Scholar

16

Винген, Л.U. и др. Молекулярно-генетические основы стручковой кукурузы ( Туникатная кукуруза ). Проц. Натл акад. науч. США 109 , 7115–7120 (2012).

17

Вербила А. П., Куллис Б. Р. и Томпсон Р. Анализ QTL путем одновременного использования полной карты сцепления. Теор. заявл. Гене . 116 , 95–111 (2007).

Артикул Google Scholar

18

Пастина, М.М. и др. Анализ смешанной модели QTL для данных испытания сахарного тростника в нескольких местах сбора урожая. Теор. заявл. Гене . 124 , 835–849 (2011).

Артикул Google Scholar

19

Вербила, А. П., Тейлор, Дж. Д. и Вербила, К. Л. RWGAIM: эффективный подход к картированию интервалов произвольного среднего целого генома (QTL) большой размерности. Жен. Рез . 94 , 291–306 (2013).

Артикул Google Scholar

20

Накамичи Н., Kita, M., Ito, S., Yamashino, T. & Mizuno, T. РЕГУЛЯТОРЫ ПСЕВДООТВЕТА, PRR9, PRR7 и PRR5, вместе играют важные роли, близкие к циркадным часам Arabidopsis thaliana . Физиол растительных клеток . 46 , 686–698 (2005).

КАС Статья Google Scholar

21

Li, C., Distelfeld, A., Comis, A. & Dubcovsky, J. Репрессор цветения пшеницы VRN2 и промотор CO2 конкурируют за взаимодействие с комплексами NUCLEAR FACTOR-Y. Завод J . 67 , 763–773 (2011).

КАС Статья Google Scholar

22

Диас, А., Зикхали, М., Тернер, А. С., Исаак, П. и Лори, Д.А. Изменение числа копий, влияющее на гены Photoperiod-B1 и Vernalization-A1 , связано с изменением времени цветения в пшенице ( Triticum aestivum ). PLoS ONE 7 , e33234 (2012 г.).

Артикул Google Scholar

23

Шоу, Л.М., Тернер, А.С. и Лори, Д.А. Влияние нечувствительных к фотопериоду мутаций Ppd-1a на путь фотопериода в трех геномах гексаплоидной пшеницы ( Triticum aestivum ). Завод J . 71 , 71–84 (2012).

КАС Статья Google Scholar

24

Шоу Л. М., Тернер А. С., Херри Л., Гриффитс С. и Лори Д. А. Мутантные аллели Фотопериод-1 у пшеницы ( Triticum aestivum L.), которые придают фенотип позднего цветения при длинных днях. PLoS ONE 8 , e79459 (2013).

Артикул Google Scholar

25

Ян Л. и др. Позиционное клонирование гена яровизации пшеницы VRN1 . Проц. Натл акад. науч. США 100 , 6263–6268 (2003 г.).

КАС Статья Google Scholar

26

Чжао Т. и др. Характеристика и экспрессия 42 генов MADS-box у пшеницы ( Triticum aestivum L.). Мол. Жене. Геномика 276 , 334–350 (2006).

КАС Статья Google Scholar

27

Кобаяши К. и др. Идентичность меристемы соцветия риса определяется перекрывающимися функциями трех AP1/FUL -подобных генов MADS box и PAP2 , SEPALLATA MADS box генов. Plant Cell 24 , 1848–1859 (2012).

КАС Статья Google Scholar

28

McSteen, P., Laudencia-Chingcuanco, D. & Colasanti, J. Цветочек под любым другим названием: контроль идентичности меристем кукурузы. Trends Plant Sci . 5 , 61–66 (2000).

КАС Статья Google Scholar

29

Эндо-Хигаси, Н.& Izawa, T. Гены времени цветения , дата 1  и , дата начала 1 , совместно контролируют развитие метелок у риса. Физиол растительных клеток . 52 , 1083–1094 (2011).

КАС Статья Google Scholar

30

Forster, B. P. и др. Фитомер ячменя. Энн. Бот . 100 , 725–733 (2007).

Артикул Google Scholar

WAPO-A1 является причинным геном QTL 7AL для количества колосков на колос у пшеницы

Abstract

Улучшение нашего понимания генов, регулирующих урожайность зерна, может способствовать созданию более продуктивных сортов пшеницы.Ранее очень значимый QTL, влияющий на количество колосков на колос (SNS), количество зерен на колос (GNS) и урожайность зерна, был обнаружен на плече хромосомы 7AL в нескольких исследованиях ассоциаций по всему геному. Используя генетическую карту высокого разрешения, мы установили, что гомеолог A-генома WHEAT ORTHOLOG OF APO1 ( WAPO-A1 ) был ведущим геном-кандидатом для этого QTL. Используя мутанты и трансгенные растения, мы демонстрируем в этом исследовании, что WAPO-A1 является причинным геном, лежащим в основе этого QTL.Мутанты с потерей функции wapo-A1 и wapo-B1 показали сниженную SNS в тетраплоидной пшенице, и эффект усугубился в wapo1 , сочетающем обе мутации. Напротив, колосья трансгенных растений пшеницы, несущие дополнительные копии WAPO-A1 , управляемые его нативным промотором, имели более высокий SNS, более компактную апикальную область колосья и меньший терминальный колосок, чем дикий тип. В совокупности эти результаты показывают, что WAPO1 влияет на СНС, регулируя время формирования терминальных колосков.Как трансгенные, так и мутантные растения wapo1 показали широкий спектр цветочных аномалий, что указывает на дополнительную роль WAPO1 в развитии цветков пшеницы. Ранее мы обнаружили три широко распространенных гаплотипа в области QTL (h2, h3 и h4), каждый из которых связан с определенными аллелями WAPO-A1 . Результаты этого и нашего предыдущего исследований показывают, что аллель WAPO-A1 в гаплотипе h2 (делеция 115 п.н. в промоторе) экспрессируется на значительно более низких уровнях в развивающихся шипах, чем аллели в гаплотипах h3 и h4, в результате в сниженном СНС.Полевые эксперименты также показали, что гаплотип h3 связан с наиболее сильными эффектами увеличения SNS и GNS (h3>h4>h2). Гаплотип h3 уже присутствует в большинстве современных сортов мягкой пшеницы, но редко встречается в твердой пшенице, где он может быть особенно полезен для повышения урожайности зерна.

Резюме автора

Ранее было показано, что область на хромосоме пшеницы 7A влияет на количество колосков и зерен в колосе, а также на общий урожай зерна в нескольких программах селекции.В этом исследовании мы показываем, что мутации с потерей функции в гене WAPO1 , расположенном в этом регионе, уменьшают количество колосков на колос, а дополнительные трансгенные копии этого гена увеличивают это число. Эти результаты показывают, что WAPO1 является геном, ответственным за различия в количестве зерен и урожайности, связанные с участком хромосомы 7A. Среди трех основных вариантов, идентифицированных для этого гена, мы показываем в полевых экспериментах, что вариант h3 связан с наибольшим увеличением числа колосков и зерен в колосе.Вариант h3 WAPO1 часто используется в программах селекции мягкой пшеницы, но почти отсутствует в современных сортах макаронной пшеницы. Следовательно, интрогрессия h3 представляет собой многообещающую возможность улучшить урожайность зерна макаронных изделий пшеницы.

Образец цитирования: Kuzay S, Lin H, Li C, Chen S, Woods DP, Zhang J, et al. (2022) WAPO-A1 является причинным геном QTL 7AL для числа колосков на колос у пшеницы. PLoS Genet 18(1): е1009747. https://дои.org/10.1371/journal.pgen.1009747

Редактор: Сара Хейк, «USDA-ARS Pacific West Area», США

Получено: 26 июля 2021 г. ; Принято: 18 декабря 2021 г .; Опубликовано: 13 января 2022 г.

Авторское право: © 2022 Kuzay et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Мы депонировали почти изогенную линию Kronos с интрогрессией h3 в Национальную коллекцию мелких зерен (PI 698810). Все данные представлены в тексте и дополнительных материалах. Необработанные данные для всех рисунков и дополнительных таблиц доступны в файле данных S1.

Финансирование: JD получил поддержку для этого проекта от Инициативы по исследованиям в области сельского хозяйства и пищевых продуктов, конкурсных грантов 2017-67007-25939 (WheatCAP), Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США (NIFA, https://nifa. usda.gov/) и Медицинского института Говарда Хьюза (https://www.hhmi.org/). Грант USDA-NIFA поддержал заработную плату SK, JZ и SC. Медицинский институт Говарда Хьюза поддерживал зарплаты JD, HL, CL и DW. DW является членом Медицинского института Говарда Хьюза Фонда исследований в области наук о жизни (http://www.lsrf.org/), который выплачивал свою зарплату в течение трех лет. Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Пшеница является важной основной культурой для глобальной продовольственной безопасности. Он хорошо адаптирован к широкому спектру климатических условий и систем производства и обеспечивает более 20% калорий и белка, потребляемых человеческим населением [1]. Хотя для того, чтобы прокормить постоянно растущее население, требуется дальнейшее увеличение урожайности зерна, исторические исследования тенденций урожайности показали снижение относительных темпов прироста урожайности зерна в некоторых регионах выращивания пшеницы [2]. Это побудило к новым попыткам понять и улучшить продуктивность как обычной ( Triticum aestivum , геномы AABBDD), так и твердой пшеницы ( T . turgidum ssp. durum , геномы AABB).

Идентификация генов, контролирующих общую урожайность зерна, является сложной задачей из-за сложной количественной природы и генотипа при взаимодействии с окружающей средой [3]. Однако урожай зерна можно разделить на более дискретные компоненты урожая с более высокой наследуемостью. Общий урожай зерна можно разделить на несколько компонентов урожайности, включая количество колосков на единицу площади, количество колосков в колосе (SNS), количество зерен в колоске и среднюю массу зерна.Среди этих признаков СНС обычно проявляет высокую наследуемость, поскольку она устанавливается в начале репродуктивной фазы, когда формируется терминальный колосок [4], ограничивая влияние условий окружающей среды после этого момента.

Высокозначимый и стабильный QTL для SNS был идентифицирован на плече хромосомы 7AL в ходе множественных полногеномных ассоциативных исследований (GWAS), включая панель мягкой красной озимой пшеницы в США [5], панель европейской озимой пшеницы [6–9]. , панель яровой пшеницы, нечувствительной к фотопериоду США и CIMMYT, и шесть двуродительских популяций, которые включали различные рыночные классы пшеницы [10].В нашем предыдущем исследовании мы создали две генетические карты с высоким разрешением, чтобы разграничить этот SNS QTL областью 87 т.п.н. (674 019 191–674 106 327 п.н., RefSeq v1.1), содержащей четыре гена-кандидата [10]. Среди этих генов мы идентифицировали TraesCS7A02G481600 как наиболее многообещающий ген-кандидат, основываясь на наличии несинонимического полиморфизма, который косегрегирует с SNS в двуродительских популяциях, сегрегирующих по разным гаплотипам в области-кандидате [10].

Гена пшеницы TRAESCS7A02G481600 является ортологичным до Oryza Sativa (рис) Гена Aberratt Puginicle Organization1 ( APO1 ), следовательно, он обозначен как пшеничный ортолог APO1 ( WAPO1 ).Мутанты с потерей функции у риса APO1 уменьшают ветвление метелок и количество колосков [11], подтверждая, что WAPO-A1 является многообещающим геном-кандидатом для SNS QTL [7,8,10]. Ген APO1 риса и его гомолог в Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), UNUSUAL FLORAL ORGANS ( UFO ), кодируют белок F-box, который является компонентом SCF ( S kp1– kp1– уллин– F -бокс-белок) убиквитинлигаза [12,13].Этот домен важен для поддержания активности LEAFY (LFY), фактора транскрипции, который играет ключевую роль в цветении и развитии цветков [14].

У риса мутации в APO1 или LFY (также известные как APO2 и RFL у риса) приводят к уменьшению количества ветвей и колосков на метелке. Эффект аналогичен у двойного мутанта apo1lfy , что позволяет предположить, что эти два гена действуют совместно, контролируя этот признак [15].Мутации в этих двух генах также связаны с цветочными аномалиями, с более тяжелыми фенотипами у двойного мутанта apo1/lfy , чем у любого из двух одиночных мутантов. Эти результаты позволяют предположить, что эти два гена также играют важную роль в развитии цветков [15]. Цветочные дефекты у мутантов apo1 риса и Arabidopsis ufo сконцентрированы во внутренних цветочных мутовках [12,13].

Быстрые изменения частот аллеля WAPO-A1 во время одомашнивания и селекции пшеницы предполагают, что этот регион имеет отношение к улучшению пшеницы [10].В области гена-кандидата размером 87 т.п.н. были идентифицированы три основных гаплотипа – h2, h3 и h4 – каждый из которых связан с разными аллелями WAPO-A1 . Гаплотип h4 включает предковые аллели Wapo-A1c и Wapo-A1d , которые отличаются друг от друга двумя синонимичными заменами, двумя SNP в одиночном интроне и одним в промоторе, которые, вероятно, имеют ограниченное влияние на функцию гена [10]. ]. Гаплотип h4 присутствует у диплоидного донора генома А ( T . URARTU ), культивируемый Эммер ( T . TURGIDUM . TURGIDUM . Dicoccon . Dicoccon ) и дикий Эммер ( T . Turgicum SSP. Dicoccoides ), а на низкой частоте в современной дурум и распространенных сортах пшеницы . Гаплотип h2, присутствующий более чем в 99% современных сортов твердой пшеницы, имеет аллель Wapo-A1a , который характеризуется делецией 115 п.н. в промоторе и заменой аспарагиновой кислоты на аспарагин в положении 384 (D384N). Предполагается, что это аминокислотное изменение оказывает ограниченное влияние на структуру и функцию белка (таблица 1, оценка BLOSUM62 = 1). WAPO-A1 гаплотип h3, наиболее часто встречающийся гаплотип у современных сортов мягкой пшеницы, несет аллель Wapo-A1b и отличается от предкового гаплотипа полиморфизмом цистеина в фенилаланин в положении аминокислоты 47 (C47F) в консервативном область мотива F-box [7,8,10]. Предполагается, что это аминокислотное изменение оказывает сильное влияние на структуру и функцию белка (таблица 1, оценка BLOSUM62 = -2). Анализ сцепления в шести разных популяциях с двумя родителями установил, что гаплотип h3 был связан с более высоким SNS, чем гаплотипы h2 и h4 [10].

Наше предыдущее исследование установило, что WAPO-A1 является лучшим геном-кандидатом для 7AL SNS QTL [10], но функциональная проверка отсутствовала. В этом исследовании мы демонстрируем, что WAPO1 является геном, лежащим в основе SNS QTL, путем характеристики мутантов с потерей функции и трансгенных растений и изучения его пространственного и временного распределения в развивающемся шипе. Мы также описываем аномалии цветков, наблюдаемые у растений с полной потерей активности WAPO1 и у трансгенных растений с дополнительными генами WAPO1 .Наконец, мы характеризуем влияние различных природных аллелей WAPO-A1 на количество колосков и зерен в колосе и обсуждаем их потенциальное применение в программах селекции мягкой и твердой пшеницы.

Результаты

Мутации EMS и CRISPR с потерей функции в

WAPO1 уменьшают количество колосков на шип

Поиск секвенированной ЭМС-мутагенизированной популяции тетраплоидной пшеницы Kronos [16], несущей гаплотип WAPO-A1 h2, дал одну мутантную линию с преждевременным стоп-кодоном в WAPO-A1 , но без стоп-кодона или Мутации сайта сплайсинга были обнаружены в гомеологе WAPO-B1 . Мутация WAPO-A1 W216*, идентифицированная в мутантной линии Kronos K4222, приводит к преждевременному стоп-кодону и укорочению 51% кодируемого белка, который содержит 440 аминокислот. Усеченная область включает последовательности, высоко консервативные среди трав, что позволяет предположить, что укороченный белок либо нефункционален, либо имеет очень пониженную активность. Модифицированная активность укороченного гена W216* была подтверждена значительным снижением SNS в линиях, несущих мутантный аллель wapo-A1 , по сравнению с линиями, несущими аллель дикого типа (WT) в трех разных экспериментах (рис. 1).В тепличном эксперименте среднее значение SNS линий F ₃ , гомозиготных по мутанту wapo-A1 EMS, было на 1,7 колоска ниже (снижение на 14%, P <0,001), чем у сестринских линий, гомозиготных по аллелю WT (рис. 1А). ). Аналогичное снижение на 1,4 колоска (уменьшение на 7,3%, P <0,001) наблюдалось в полевом эксперименте с использованием гомозиготных сестринских линий F ₄ по аллелям wapo-A1 и WT (рис. 1В). Количество цветков в колоске у мутантов не изменялось.

Рис. 1. Различия в количестве колосков на колос (SNS) в мутантных линиях WAPO1 .

( A-C ) Гомозиготные сестринские линии Kronos, сегрегирующие по EMS, индуцировали мутацию wapo-A1 W216*. ( A ) F ₃ сестринские линии, оцененные в теплице. ( B ) F ₄ родственных линий, оцененных в полевых условиях. ( C ) BC ₁ F ₃ родственные линии, оцененные в полевых условиях. ( D ) Потеря функции CRISPR вызвала мутации wapo-A1 и wapo-B1 .График взаимодействия, показывающий влияние wapo-A1 и wapo-B1 на тетраплоидные растения пшеницы Kronos без трансгена CRISPR-Cas9. ( E ) Степень преобладания [17] для WAPO-A1 (на фоне wapo-B1 ) и WAPO-B1 (на фоне wapo-A1 ). Столбцы представляют собой среднее значение SNS, а столбцы ошибок представляют собой стандартную ошибку. ns = несущественно, * = P <0,05, ** = P <0,01 и *** = P <0,001. Данные и статистический анализ, использованные для этой фигуры, доступны в данных A в данных S1 и панели A в таблице S2.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009747.g001

Чтобы уменьшить потенциальную изменчивость, обусловленную фоновыми мутациями, и более точно определить эффект усечения W216*, мы дважды скрестили мутант K4222 с WT Kronos и отобрали гомозиготных BC ₁ F ₂ сестринских линий для дополнительной полевой оценки с использованием их зерен BC ₁ F ₃ . Растения BC ₁ F ₃ , гомозиготные по wapo-A1 , имели в среднем 1.На 1 колосок меньше по сравнению с сестринской линией WT (уменьшение на 6,0%, P = 0,0035, рис. 1C). В совокупности эти три эксперимента показывают, что потери функции гомеолога А-генома WAPO1 достаточно для значительного снижения СНС.

Чтобы проверить действие гомеолога WAPO-B1 и подтвердить результаты для мутанта wapo-A1 , индуцированного ЭМС, мы создали три независимых трансгенных растения Kronos T ₀ CRISPR-Cas9 с направляющей РНК, нацеленной на оба гомеолога ( Таблица S1). Мы идентифицировали одну линию со вставкой «T» в положении 510 от ATG (4 п.н. выше сайта CGG PAM) как в WAPO-A1 , так и в WAPO-B1 , и выбрали ее для дальнейшей характеристики. Эта вставка сдвига рамки считывания изменяет 61,4% последовательности белка (начиная с аминокислоты 171), что, вероятно, приводит к потере функции обоих гомеологов WAPO1 и . Мы генотипировали 110 растений T ₁ , полученных из выбранного трансгенного объекта, с использованием CAPS-маркеров WAPO-A1 и WAPO-B1 , описанных в таблице S1.Доля линий, гомозиготных по аллелям WT Wapo-A1 (2,7%) и/или Wapo-B1 (4,5%), была значительно ниже ожидаемых 25%, что предполагает непрерывное редактирование CRISPR. Эта гипотеза была подтверждена идентификацией новой делеции сдвига рамки в 5 п.н., начинающейся в позиции 505 в WAPO-B1 (4 п.н. выше сайта PAM) в линии T ₁ -40, которая была повторно секвенировали и скрещивали с WT Kronos для удаления трансгена CRISPR-Cas9.

Мы создали линии, гомозиготные по всем четырем возможным комбинациям гомеологов WAPO1 – WT, wapo-A1 , wapo-B1 и wapo1 двойного мутанта – путем отбора F ₂ потомства F ₂ 1 растений без трансгена CRISPR-Cas9.В эксперименте с вегетационной камерой мы обнаружили очень значимые различия в SNS (панель A в таблице S2), но незначительные различия в дате колошения (панель B в таблице S2) или количестве листьев (панель C в таблице S2). Оба мутанта wapo-A1 и wapo-B1 продемонстрировали значительно более низкий SNS, чем WT (рис. 1D, панель A в таблице S2 и данные A в данных S1), с большим снижением у wapo-B1 (3 колоска). чем у wapo-A1 (1 колосок). Уровни транскриптов двух гомеологов также различались: уровни WAPO-B1 были выше, чем WAPO-A1 на разных стадиях развития шипа (рис. S1).Влияние аллеля wapo-A1 на СНС было самым высоким, когда гомеолог B-генома был гомозиготным по wapo-B1 , и наоборот, что приводило к высокозначимому взаимодействию ( P = 0,0096, рис. 1D и панель А в таблице S2). Частичное доминирование в локусах WAPO-A1 (D = 0,61) и WAPO-B1 (D = 0,58) (рис. 1E) указывает на частичную функциональную избыточность между двумя копиями в каждом из гомеологов WAPO1 .

Трансгенные растения с дополнительными копиями

WAPO1 показывают более позднее время колошения и более высокий SNS

Для сравнения действия трех аллелей WAPO-A1 , кодирующих белки с разными несинонимичными полиморфизмами (табл. 1), мы трансформировали три разные конструкции в Kronos.Мы использовали библиотеки бактериальных искусственных хромосом (ВАС) диплоидов T . monococcum (инвентарный номер DV92) [18] и тетраплоидной пшеницы Langdon (LDN-C47) [19] для клонирования геномных областей WAPO-A1 этих двух видов. Клонированные области включали интрон и регуляторные области (см. Материалы и методы). Затем мы использовали сайт-направленный мутагенез, чтобы заменить цистеин в положении 47 в LDN-C47 (гаплотип h4) на фенилаланин (LDN-F47), в результате чего был получен белок, идентичный белку, кодируемому аллелем Wapo-A1b в гаплотип h3 (табл. 1).

Мы трансформировали три конструкции в Kronos и получили четыре независимых трансгенных объекта для TmDV92, три для LDN-C47 и пять для аллеля, производного от LDN-F47, и оценили их соответствующее потомство T ₁ в тепличных экспериментах для SNS (рис. 2). ). Трансгенные растения для всех трех конструкций показали одинаковое увеличение SNS по сравнению с WT: LDN-C47 (13,4%), TmDV92 (15,1%) и LDN-F47 (15,5%) (фиг. 2). Увеличение SNS было значительным для двух событий TmDV92, одного события LDN-C47 (рис. 2A) и четырех независимых событий LDN-F47 по сравнению с контролем WT (рис. 2C).

Рис. 2. Влияние трансгенных аллелей WAPO-A1 на число колосков в колосе и дату колошения.

( AB ) Эксперимент в теплице по сравнению четырех независимых трансгенных линий TmDV92 и трех независимых линий, несущих аллель LDN-C47, с их соответствующими нетрансгенными сестринскими линиями (объединенными из разных событий). ( C-D ) Отдельный эксперимент в теплице по сравнению пяти независимых трансгенных линий, несущих аллель LDN-F47, с пулом нетрансгенных сестринских линий. ( A и C ) Количество колосков на колос (у каждого растения измеряли только колос от главного побега). ( B и D ) Дата заголовка. Столбцы — это средние значения, а столбцы ошибок — стандартная ошибка. Цифры внутри столбцов указывают количество растений, а звездочки указывают значения P (критерий Даннета) относительно пула нетрансгенных сестринских линий, несущих ту же конструкцию. ns = несущественно, * = P <0,05, ** = P <0,01 и *** = P <0.001. Данные, использованные для этого рисунка, и соответствующие статистические анализы доступны в данных B в данных S1.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009747.g002

Влияние трансгенов на дату колошения было меньшим и немного менее значительным, чем у SNS. Что касается даты колошения, у трансгенных растений с конструкцией LDN-C47 наблюдалась задержка на 7,0%, задержка на 5,4% для TmDV92 и задержка на 6,3% для LDN-F47 (рис. 2B и 2D). Дата колошения положительно и значимо коррелировала с SNS среди линий T ₁ , сегрегирующих для каждой из трех конструкций ( R = 0.53–0,87, P <0,001, данные B в данных S1). В совокупности эти результаты показывают, что присутствие дополнительных копий WAPO1 в трансгенных растениях увеличивает SNS и отсрочивает дату колошения.

Мутант CRISPR

wapo1 демонстрирует измененную морфологию цветка

В дополнение к уменьшенному SNS, двойной мутант wapo1 показал большое разнообразие цветочных аномалий и продуцировал ограниченное количество зерен. Чтобы установить частоту различных цветочных аномалий, мы вырезали 91 цветочек из 32 колосков, расположенных в разных положениях вдоль колоса, от 14 различных мутантных растений wapo1 (данные C в данных S1).В то время как колосковые чешуи, цветовые чешуи и цветковые чешуи были нормальными, в других цветочных органах наблюдались множественные аномалии. Количество лодыжек, которое обычно составляет две на цветочек, варьировалось от нуля до четырех (в среднем 1,95, рис. 3А). Более того, лодикулы часто сливались с тычинками (19,1%), листовидной тканью (22,5%) или с тем и другим (5,6%, рис. 3B-3D). Количество тычинок на цветочек было меньше трех в 42% цветков (рис. 3A–3D), в результате чего в среднем было 2,15 тычинок на цветочек. Тычинки часто срастались друг с другом или с завязями (6.6%), лодикулы (18,9%), листовидные ткани (9,2%) или комбинации двух из трех предыдущих категорий (4,6%, рис. 3B и 3C). У большинства цветков был один пестик с одной завязью, но 43% цветков имели несколько пестиков, вероятно, из-за потери детерминированности меристемы цветка. У 28,4% соцветий завязи слились с листовой тканью (рис. 3D и данные C в данных S1). Для сравнения на рис. 4 показан цветок Кроноса дикого типа.

Рис. 3. Цветочные аномалии и профили экспрессии мутанта Kronos wapo1 с потерей функции CRISPR ( wapo-A1 wapo-B1 ).

( A ) Мутант T ₁ -101, первый цветочек базального колоска с тремя лодыжками, одной тычинкой и двумя сросшимися пестиками. ( B ) Мутант Т ₁ -101, 2 ^й цветочек из 3 ^й самый дистальный колосок. Лодикулы сросшиеся с тычинками и листовой тканью. Недетерминантные пестики срастаются с листовой тканью. ( C ) Мутант Т ₁ -13, 2 ^й цветочек прикорневого колоска. Один лодикула сросся с листовой тканью, промежуточный орган слился с листовой тканью, а пестик слился с листовой тканью.( D ) Мутант T ₁ -13, 3 ^rd цветочек прикорневого колоска. Лодикулы с удлиненной листовой тканью, промежуточным органом и неопределенными пестиками. Lm = цветковая чешуя, Pa = палея, Ld = лодикул, St = тычинка, Pi = пестик, Lf = сросшаяся листовая ткань, + = сросшиеся органы. Частота различных цветочных аномалий доступна в данных C в данных S1. Цветок Kronos дикого типа показан на рис. 4 в качестве справки. ( E-G ) Анализ экспрессии генов MADS-box класса A, -B, -C и -E у мутантов Kronos и wapo1 (номенклатура генов MADS-box основана на [20]).Праймеры для qRT-PCR перечислены в таблице S1. Столбцы представляют собой средние значения для четырех повторов, а столбцы ошибок представляют собой стандартную ошибку. Каждая повторность представляет собой набор из 12 развивающихся шипов на стадии зачатка тычинки (~W4.0 по шкале Уоддингтона). ns = несущественно, * = P <0,05, ** = P <0,01 и *** = P <0,001. Данные и статистический анализ, использованные в E-G, доступны в Data D в S1 Data.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009747.g003

Рис. 4. Цветочные аномалии у растений Kronos, трансформированных геномными областями WAPO-A1 .

( A ) Шипы нетрансгенного контроля (WT) и трансгенных линий TmDV92-1 и LDN-C47-3. ( B ) Деталь голых пестиков под базальными колосками в TmDV92-1 (желтые стрелки на A). ( C ) Деталь аномального дистального конца шипа TmDV92-1 (красные стрелки на A). ( D ) Обычный цветочек из Kronos WT. ( E и F ) LDN-C47-3.( E ) Первый цветочек в 5 ^м колоске от основания: редуцированная палея, одна тычинка, пестик отсутствует. ( F ) Второй цветочек в 11 ^-м -м колоске от основания: лодикулы отсутствуют, дополнительные пестики срослись с мелкими палеями. ( G и H ) TmDV92-1. ( G ) Первый цветочек от прикорневого колоска: маленькая палея и нормальный цветок. ( H ) 17 ^th Колосок от основания: одна лодикула, две тычинки и неопределенный пестик. ( I и J ) LDN-F47-2.( I ) Третий цветочек от прикорневого колоска: четыре лодикулы, одна сросшаяся с палеей. ( J ) Колосок 19 ^th : две маленькие тычинки и три пестика (один сросшийся с цветковой чешуей и один с цветковой чешуей. Lm = цветковая цветковая чешуя, Pa = цветная цветковая чешуя, Ld = лодикул, St = тычинка, Pi = пестик.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009747.g004

Поскольку большинство цветочных аномалий у wapo1 было обнаружено во внутренних мутовках (лодикулы, тычинки и пестики), мы исследовали влияние wapo1 на экспрессию цветочных генов MADS-box класса B, -C и -E в развивающихся колосьях на стадии зачатков тычинок.По сравнению с WT, мутант wapo1 показал значительное снижение активности генов MADS-box класса B ( AP3-1 и PI1 ) и класса C ( AG1 и AG2 ) (рис. 3E). и 3F), но не было обнаружено существенных различий для контрольных генов SEPALLATA MADS-box SEP1- 2, SEP1-4 , SEP1-6 или SEP3-2 (рис. 3G).

WAPO1 трансгенные растения демонстрируют аномальные колосовые и цветочные фенотипы

Среди растений T ₁ , сегрегирующих по трем трансгенным генам WAPO1 , управляемым их нативными промоторами, события, демонстрирующие значительные различия в SNS, также демонстрировали аномалии шипов (рис. 4).Одним необычным фенотипом было наличие голых пестиков у основания колосков, расположенных в базальных положениях колоска (рис. 4А и 4В). Эта аномалия наблюдалась у трансгенных растений событий TmDV92-1 (у 4 из 6 T ₁ ), LDN-C47-3 (у 3 из 9 T ₁ ), LDN-F47-2 (у 8 из из 21 T ₁ ) и LDN-F47-6 (в 3 из 18 T ₁ ) (рис. 4A, 4B и S2). Трансгенная линия LDN-F47-2 имела наиболее экстремальный фенотип, показывающий множественные голые пестики, которые были крупнее в базальных колосках и переходили в прицветники в более дистальных колосках (рис. S2A и S2B).

Более частая аномалия шипа заключалась в наличии более мелких, плотно упакованных колосков в дистальной части шипа, заканчивающихся небольшим конечным колоском. Для простоты эта аномалия в виде шипа далее именуется как маленький терминальный колосок (красные стрелки на рис. 4А и 4С). Для события LDN-F47-3, не показавшего существенных различий в SNS, ни одно из растений T ₁ не имело мелких концевых колосков, тогда как этот фенотип наблюдался у 91,6% растений T ₁ LDN-F47-5. , событие с наибольшим увеличением SNS (26%).Три других события LDN-F47 показали значительное, но меньшее увеличение SNS (от 9 до 24%), чем сестринские линии WT, и имели небольшие конечные шипы примерно в половине линий T ₁ (от 47 до 50%).

Вскрытие колосков в разных положениях колоса выявило нарастающие цветочные аномалии по направлению к апикальной области. В качестве справки на рис. 4D представлен нормальный цветочек кронос дикого типа. Примеры цветочных аномалий представлены на рис. 4E и 4F (LDN-C47-3), рис. 4G и 4H (TmDV92-1), рис. 4I и 4J и рис. S2 (LDN-F47-2).Аномальные цветочные структуры включали (i) маленькие лепестки, (ii) различное количество лодыжек, тычинок и пестиков на цветочек и (iii) частые слияния между этими тремя органами, а также с цветковыми чешуями и лепестками (рис. 4E–4J). Трансгенная линия LDN-F47-2, которая имела наиболее экстремальный фенотип для голых пестиков (S2A и S2B на фиг.1), также демонстрировала множественные цветочные дефекты. Колоски возле верхушечного колоска имели большее количество пестиков и меньшее количество других органов (рис. S2C), тогда как базальные колоски имели более крупные колосковые чешуи, цветковые чешуи и тычинки, особенно в дистальных цветках (рис. S2D-S2G).

Для всех трех трансгенных линий потомство растений, несущих трансгены, показало значительно более высокие ( P < 0,001) уровни транскриптов на W3.5, чем их сестринские линии без трансгена (все растения имеют эндогенный аллель h2 WAPO-A1 ) (рис. 5А–5С). Во всех трех экспериментах потомство растений от растений с фенотипом сильного колоса (голые пестики и маленький верхушечный колосок) демонстрировало более высокие уровни транскрипта WAPO-A1 (рис. 5A–5C) и более сильное снижение числа цветков на колосок (рис. 5D–5F) и средней фертильности колосков (рис. 5G–5I), чем потомство объектов с более слабыми фенотипами колоса и промежуточными уровнями экспрессии WAPO-A1 .Потомство F47-2-1 сегрегировалось по слабому и сильному фенотипу колоса, и количество цветков в колоске и фертильность колоска было больше затронуто, чем потомство двух других конструкций с промежуточными уровнями экспрессии WAPO-A1 . Во всех трех конструкциях снижение фертильности колосков было сильнее, чем снижение числа цветков в колоске, что свидетельствует о том, что как снижение фертильности цветков (из-за дефектов цветков), так и уменьшение количества цветков в колоске (из-за более мелких дистальных колосков) способствовали к резкому снижению фертильности колосков и GNS у трансгенных растений с высокой экспрессией WAPO-A1 .

Рис. 5. Уровни транскриптов WAPO-A1 и фертильность трансгенных растений Kronos.

( A–C ) Уровни транскриптов qRT-PCR, рассчитанные методом ΔCt с использованием ACTIN в качестве эндогенного контроля. Столбцы представляют собой средние значения четырех повторностей, и каждая повторность соответствует пулу из 6–9 развивающихся шипов на стадии зачатка цветка (W3.5). Спайк тел. = фенотип колоса, слабый = различия в SNS, сильный = голые пестики и маленький колосок на конце, сегрегация = разделение на фенотипы сильного и слабого колоса (F47-2-1).( D–F ) Среднее число цветков в колоске ( G–I ) Плодовитость колосков рассчитывается как GNS / SNS. Измеряли только один шип на растении. Растения Kronos, трансформированные ( A, D и G ) TmDV92 (из T . monococcum ). ( B , E и H ) LDN-C47 и ( C , F и I ) LDN-F47. Первая цифра в обозначении трансгенного растения соответствует событию трансформации.ns = не значимо, * = P < 0,05, *** = P < 0,001, укажите значение критерия Даннета P относительно сестринской линии WT. Столбцы представляют собой средние значения, а столбцы погрешностей — стандартную ошибку. Цифры у основания столбцов обозначают анализируемые растения. Данные и статистический анализ доступны в Data E в S1 Data.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009747.g005

WAPO1 экспрессируется в соцветиях, колоске и меристемах цветков

Чтобы лучше охарактеризовать профиль экспрессии WAPO1 , мы исследовали его пространственное и временное распределение во время развития шипов и колосков у Kronos (Fig. 6) и диплоидных T . monococcum (рис. S3) путем гибридизации in situ . У обоих видов слабая экспрессия WAPO1 была обнаружена в меристеме соцветия (IM) на стадии двойного гребня (W2.5, рис. 6A и S3A), а также в меристеме IM и колоска (SM) на последующем W3. 0 стадия (рис. 6B и S3B). В W3.25-W3.5 сильная экспрессия WAPO1 была обнаружена в меристемах зарождающихся цветков (рис. 6C и S3C). Таким образом, экспрессия WAPO1 в меристемах соцветий и колосков хорошо коррелирует с его влиянием на сроки индукции терминальных колосков, тогда как его экспрессия в меристемах цветков коррелирует с его ролью в развитии цветков и дефектами цветков, наблюдаемыми у мутантов WAPO1 . и трансгенные растения.

Рис. 6. Анализ гибридизации in situ WAPO-A1 в срезах развивающихся колосов тетраплоидной пшеницы Кронос.

( A — C ) WAPO1 антисмысловой зонд. ( D ) Сенсорный зонд WAPO1 , используемый в качестве отрицательного контроля в развивающемся колосе на W2.5 с недифференцированными меристемами колоска (SM). ( A ) Развивающийся шип на стадии двойного гребня (W2.5). ( B ) Раннее развитие колоса с недифференцированными меристемами колоска (W3.0). Слабая экспрессия WAPO1 обнаружена в меристеме соцветия и меристеме колоска. ( C ) Колоски на W3.25-W3.5 демонстрируют сильную экспрессию WAPO1 в меристемах зарождающихся цветков более развитых колосков ближе к центру колоса. Значения W указывают стадии развития на основе шкалы Уоддингтона. IM = меристема соцветия, SM = меристема колоска и FM = меристема цветка. Красные стрелки указывают на сигналы гибридизации WAPO-A1 .

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009747.g006

Естественная вариация в

WAPO-A1 связана с изменениями в SNS

Помимо проверки WAPO-A1 в качестве причинного гена для 7AL SNS QTL, мы исследовали влияние различных аллелей WAPO-A1 на СНС и ВНС. В нашем предыдущем исследовании мы установили, что аллель WAPO-A1 в гаплотипе h3 ассоциирован с более высокой СНС, чем гаплотипы h2 и h4 [10], но не определяли относительное влияние гаплотипов h2 и h4 на СНС. .Чтобы ответить на этот вопрос, мы провели два полевых эксперимента в 2020 г. (рис. 7A и панель A в таблице S3) и в 2021 г. (рис. 7B–7D и панели B-G в таблице S3), оба организованы по схеме разделения RCBD. Оба эксперимента имели 10 повторностей, каждая из которых включала восемь гетерозиготных инбредных семей (HIF) F _4:6 в качестве основных участков и гомозиготных сестринских линий h2 и h4 в качестве подучастков. Средняя SNS у растений, гомозиготных по гаплотипу h4, была на 6% выше, чем у гомозиготных по гаплотипу h2 в эксперименте 2020 года (1.3 колоска) и на 8,2 % выше в опыте 2021 г. (1,8 колоска). Общие различия в SNS были очень значительными в оба года ( P <0,0001, рис. 7A и 7B, панели A и B в таблице S3). Внутри отдельных семей различия в SNS между h2 и h4 были значительными для шести из 8 семей в 2020 г. и для всех семей в 2021 г. (панели A и B таблицы S3).

Рис. 7. Влияние гаплотипов h2 и h4 WAPO-A1 на уровни транскриптов SNS и WAPO-A1 .

( A ) 2020 RCBD полевой эксперимент на разделенном участке. ( BD ) 2021 г. Полевой эксперимент RCBD на разделенных участках. ( B ) Количество колосков на колос. ( C ) Количество зерен на колос. ( D ) Урожай зерна (кг/га) ( E-F ) Независимые эксперименты qRT-PCR, сравнивающие уровни транскриптов h2 и h4 WAPO-A1 по сравнению с ACTIN с использованием метода 2 ^ΔCt . ( E-F ) Пучки из 3–8 развивающихся шипов от основного румпеля.( E ) Собран при наличии зачатков цветковых чешуек (W3.25). ( F ) Собран при наличии зачатков цветков (W3.5). Столбцы представляют собой средние значения, а столбцы погрешностей — стандартную ошибку. Цифры внутри столбцов указывают количество повторений. ns = несущественно, * = P <0,05, ** = P <0,01 и *** = P <0,001. Данные, использованные для этой фигуры, доступны в данных G в данных S1, а статистический анализ в таблице S3.

https://дои.org/10.1371/journal.pgen.1009747.g007

В эксперименте 2021 года у нас было достаточно зерна, чтобы использовать небольшие делянки (1,86 м ² ) в качестве экспериментальных единиц и дать предварительную оценку урожайности зерна. В этом эксперименте гаплотип h4 показал увеличение GNS на 3,3% ( P = 0,0085, рис. 7C и панель C в таблице S3). Прирост GNS был меньше, чем прирост SNS (8,2 %), поскольку частично компенсировался снижением фертильности (зерен на колосок) на 4,6 % в h4 по отношению к h2 ( P < 0.001, панель D в таблице S3 и данные F в данных S1). Гаплотип h4 также был связан с уменьшением массы ядра на 1,6% ( P = 0,0281, панель E в таблице S3) по сравнению с h2. Баланс этих противоположных эффектов заключался в повышении урожайности зерна на 3,0%, но разница была незначительной ( P = 0,0545, рис. 7D и панель F в таблице S3). В этом эксперименте мы не обнаружили существенных различий во времени проходки ( P = 0,5987, панель G в таблице S3).

Чтобы проверить, связаны ли различия в SNS между гаплотипами h2 и h4 с различиями в уровнях экспрессии WAPO-A1 , мы провели три независимых эксперимента qRT-PCR, сравнивая гомозиготные сестринские линии h2 и h4, полученные из F _4:6. ХИФ №120.Развивающиеся шипы основного побега собирали на стадии зачатка цветковой чешуи (W3.25) для первых двух экспериментов и на стадии зачатка цветка (W3.5) для третьего эксперимента (рис. 7E и 7F). Первые два эксперимента на W3.25, которые были проанализированы вместе, используя эксперимент как блок, показали в 1,8 раза более высокие уровни транскриптов в h4, чем в h2, но разница была минимально значимой ( P = 0,07, рис. 7E и данные G). в данных S1). В третьем эксперименте на W3.5 уровни транскриптов в h4 равнялись 3.0 раз выше, чем в h2, и различия были очень значительными ( P = 0,0003, рис. 7F и данные G в данных S1).

В том же поле, которое использовалось для сравнения гаплотипов h2 и h4 в 2021 г. , мы также сравнили относительные эффекты гаплотипов h3 и h2 в почти изогенных линиях (NIL) тетраплоидной пшеницы Kronos и гексаплоидной пшеницы GID4314513 (линия с высокой биомассой из СИММИТ). В Kronos BC ₃ F ₃ NILs h3-NIL показали на 17,7% больше колосков на колос ( P < 0.0001, рис. 8B) и на 6,7% больше зерен на колос ( P = 0,025, рис. 8C), чем h2-NIL (панели AB в таблице S4). Меньшее процентное увеличение GNS, чем SNS, может быть частично объяснено снижением фертильности колосков на 9,2% (GNS/SNS) в h3-NIL ( P <0,0001, рис. 8C и панель C в таблице S4). Масса зерна на колос (число зерен x масса зерна) была на 7,1% выше в h3-NIL, чем в h2-NIL, но различия не были значительными ( P = 0,11, рис. 8D и панель D в таблице S4).H3-NIL также были связаны с незначительным увеличением массы зерна (0,4%) и незначительной задержкой времени колошения (0,7% панелей E-F в таблице S4). Общий урожай зерна в этом эксперименте не оценивали, поскольку опытные единицы были однорядными.

Рис. 8. Влияние гаплотипа h3 WAPO-A1 , интрогрессированного в тетраплоид Kronos и гексаплоидную линию с высокой биомассой GID4314513 (оба h2).

Опыты, проведенные в полевых условиях в 2021 г. ( A-D ) Гомозиготные BC ₃ F ₃ сестринские линии (CRD, n = 9, 1-метровые ряды, 10 шипов в ряду).( A ) Количество колосков на колос. ( B ) Количество зерен на колос. ( C ) Число зерен в колоске (фертильность колоска). ( D ) Вес зерна на колос. ( E-F ) Гомозиготные BC ₅ F ₃ сестринские линии (RCBD, n = 10, 1,86 м ² делянки, 4 колосья измерены на делянке). Столбики погрешностей ns = не значимо, * = P < 0,05, ** = P < 0,01, *** = P < 0,001. Данные, использованные для создания этого рисунка, доступны в Data H в S1 Data и статистических анализах в S4 Table.

https://doi. org/10.1371/journal.pgen.1009747.g008

В гексаплоидных клетках BC ₅ F ₃ NIL, протестированных на небольших участках, мы обнаружили увеличение SNS на 6,1% в h3-NIL. по сравнению с h2-NIL ( P = 0,0092, рис. 8E и панель G в таблице S4) и увеличение урожайности зерна на 8,4%, которое было незначительным ( P = 0,0497, рис. 8F и панель H в таблице S4) . Гаплотип h3 также был связан с недостоверными различиями по сравнению с h2 для GNS (+2.7%), плодородие (-3,3%), масса ядра (+1,8%) и масса зерна на колос (+4,4%, панели I-L в таблице S4).

Обсуждение

В нашем предыдущем исследовании мы идентифицировали WAPO-A1 как ведущий ген-кандидат для 7AL SNS QTL на основе двух генетических карт высокого разрешения [10]. В этом исследовании мы показываем, что WAPO1 одновременно необходим и достаточен для увеличения СНС у пшеницы и, следовательно, что WAPO-A1 является причинным геном, лежащим в основе 7AL QTL для СНС.

Возможные механизмы, участвующие в воздействии

WAPO1 на SNS

Различия в уровнях транскриптов WAPO-A1 у разных генотипов хорошо коррелируют с различиями в SNS. Снижение экспрессии аллеля WAPO-A1 (делеция промотора 115 п.н.) в h2 по сравнению с гаплотипами h3 [10] и h4 (рис. 7) связано с более низким SNS в h2 по сравнению с двумя другими гаплотипами. Точно так же более высокие уровни транскриптов WAPO-B1 по сравнению с WAPO-A1 во время развития шипа (рис. S1) связаны с более сильным влиянием мутации wapo-B1 на СНС по сравнению с мутацией wapo-A1 . (Рис. 1D).Эти результаты вместе с частичным кодоминантным эффектом WAPO1 на SNS (рис. 1E) и повышенным SNS у трансгенных растений с дополнительными геномными копиями WAPO-A1 (рис. 2) подтверждают гипотезу о том, что более высокий транскрипт WAPO1 уровни могут привести к увеличению SNS.

Увеличение SNS связано с задержкой перехода меристемы соцветия (IM) в верхушечный колосок, и наши результаты гибридизации in situ подтвердили, что WAPO1 слабо экспрессируется в IM на стадии двойного гребня у обоих диплоидная (фиг. S3A) и тетраплоидная пшеница (фиг. 6A).На ранних стадиях развития колосков мы обнаружили сигналы гибридизации в ИМ и меристемах колосков (СМ, рис. 6Б). По мере того, как развитие колоса приближалось к формированию терминального колоска, а боковые колоски начинали дифференцироваться, сигнал гибридизации WAPO1 больше не обнаруживался в ИМ и заменялся сильным сигналом в меристемах ранних цветков (FM, рис. 6C).

Ортолог ячменя WAPO1 , HvAPO1 также был обнаружен в IM и FM развивающихся колосьев ячменя путем гибридизации in situ [21].Эти эксперименты показали сильный сигнал гибридизации HvAPO1 как в IM, так и в FM во время дифференцировки колосков (см. рис. S10 в ссылке [21]). Напротив, в то время, когда WAPO1 был сильно экспрессирован в FM в развивающемся колосе пшеницы (W3.25-W3.5), мы не смогли обнаружить WAPO1 в IM (рис. 6C и S3C). Было бы интересно исследовать, способствует ли более сильная и продолжительная экспрессия HvAPO1 в IM ячменя во время развития цветка разной судьбе IM у ячменя (индетерминантное соцветие) по сравнению с пшеницей (детерминантное соцветие).

У риса -апо1- также экспрессируется в ИМ и в меристемах первичных и вторичных ветвей метелки, а мутанты -апо1- имеют уменьшенное количество ветвей и колосков [11]. На рисе было показано, что APO1 физически взаимодействует с LFY (APO2) и что два гена действуют совместно, контролируя число колосков на метелку [15]. Аналогичные взаимодействия in vitro и in vivo были зарегистрированы между гомологами арабидопсиса UFO и LFY [14,22].Мутанты по обоим генам обнаруживают сходные дефекты в структуре и морфологии соцветий, что дополнительно указывает на то, что UFO и LFY действуют совместно, способствуя идентичности цветочных меристем [23]. Основываясь на результатах исследований риса и арабидопсиса, мы предполагаем, что LFY может участвовать в механизме, с помощью которого WAPO1 регулирует SNS у пшеницы. Было показано, что у арабидопсиса LFY действует как активатор транскрипции гена SQUAMOSA MADS-box AP1 [24] и как репрессор генов SVP MADS-box AGL24, и SVP 90. [25].Поэтому было бы интересно исследовать роли WAPO1 и LFO1 и LFY в регуляции пшеницы AP1 гомологи ( VRN1 , FUL2 и FUL3 ) и SVP гомологи ( VRT2 и SVP1 ), которые, как было показано ранее, участвуют в регуляции СНС у пшеницы [26,27].

Аномалии цветков и шипов у мутантных и трансгенных

WAPO-A1 растений

Помимо своей роли в активации AP1 , LFY связывается с регуляторными областями APETALA3 ( AP3 , цветочный ген класса B) и AGAMOUS ( AG , класс -C цветочные гены) у арабидопсиса [14,28–30].Активация экспрессии AP3 требует активности как LFY , так и UFO , что, вероятно, объясняет сообщенное подавление генов класса B у мутанта ufo у Arabidopsis [13,14] и генов класса C у мутант apo1 риса [12]. В развивающихся колосьях нулевых мутантов пшеницы wapo1 мы также наблюдали подавление генов класса B и -C, но не класса E по сравнению с WT, что предполагает консервативный молекулярный механизм.

Гены

класса B и -C MADS-box у Arabidopsis связаны с идентичностью лепестков, тычинок и пестика, что объясняет более сильные аномалии, обнаруженные у мутантов ufo в этих трех внутренних цветочных мутовках. Было показано, что эктопическая экспрессия как PI , так и AP3 восстанавливает дефекты идентичности цветочных органов у мутанта Arabidopsis ufo [31]. Ранее у мутанта риса apo1 [12] наблюдались более сильные цветочные дефекты во внутренних мутовках цветков, чем в колосках и цветковых чешуях, а в настоящей работе — у мутанта пшеницы wapo1 .Связанные цветочные дефекты, наблюдаемые у мутантов ufo , apo1 и wapo1 , предполагают функциональную консервацию этих гомологичных генов в отделе однодольных эвдикотов.

Сильная экспрессия WAPO1 в меристеме цветков (рис. 6C и S3C) подтверждает критическую роль этого гена в развитии цветков пшеницы. Трансгенные растения пшеницы с дополнительными геномными копиями WAPO1 имеют некоторые цветочные аберрации с мутантом wapo1 , включая различия в количестве лодикул, тычинок и пестиков и слиянии органов. Кроме того, мутанты и трансгенные растения с сильными цветочными аномалиями показали пониженную фертильность (фиг. 5G и 5I). Эти результаты предполагают, что уменьшение или увеличение экспрессии WAPO1 может привести к аномальному развитию трех внутренних оборотов цветка. Трансгенные растения WAPO-A1 показали дополнительные фенотипы, не наблюдаемые у мутанта wapo1 , в том числе редуцированные и иногда изогнутые палеоцветы (гомологичные чашелистикам), компактный кончик шипа с небольшим конечным колоском и значительную задержку времени колошения.

Менее частым, но необычным фенотипом трансгенных растений WAPO1 было наличие голых пестиков. Сходный фенотип был описан у мутантов Arabidopsis ufo , у которых на концах первичных и кофлоресценционных побегов формировались структуры, напоминающие нормальные пестики [13,32]. Голые пестики у трансгенных растений пшеницы появились рядом с нормальными колосками и непосредственно под ними, в положении, аналогичном парным колосам, наблюдаемым у мутантов с потерей функции ppd-D1 и ft-B1 у гексаплоидной пшеницы [33]. ].Однако парные колоски у двух предыдущих мутантов чаще встречались в центральной части колоса, тогда как у трансгенных растений WAPO-A1 голые пестики чаще встречались в базальной части колоса. Основываясь на конечном положении голых пестиков у мутантов Arabidopsis ufo , мы предполагаем, что голые пестики у трансгенных растений пшеницы могут располагаться на конце короткой ветви, включающей один боковой колосок. Ветви в нижних узлах колоса пшеницы были обнаружены у мутантов Branched head , которые несут мутации в транскрипционном факторе AP2/ERF [34,35].

Эффекты различных природных аллелей

WAPO-A1 и их потенциальное применение в селекции пшеницы

Наше предыдущее исследование показало, что гаплотип h3 был связан с большим увеличением SNS, чем гаплотипы h2 и h4 в нескольких сегрегирующих популяциях [10]. Благоприятное влияние h3 на СНС наблюдалось у яровой и озимой пшеницы, а также у различных товарных классов пшеницы, но это увеличение не всегда приводило к повышению урожайности зерна. В генотипах или средах с недостаточными ресурсами для развития и/или заполнения дополнительных зерен увеличение SNS частично или полностью компенсировалось снижением плодородия и/или массы зерна.Однако при наличии h3 у хорошо адаптированных и продуктивных генотипов и выращивании растений в благоприятных условиях повышение SNS было связано со значительным повышением урожайности зерна [10]. В этом исследовании мы также наблюдали значительное увеличение общей урожайности зерна на 8,4%, когда гаплотип h3 был интрогрессирован в высокопродуктивную гексаплоидную линию из программы высокой биомассы от CIMMYT, и растения выращивались в благоприятных условиях орошения и удобрения. Это многообещающий предварительный результат, но его необходимо дополнительно подтвердить более крупными испытаниями урожайности на разных генетических фонах.

Положительное влияние гаплотипа h3 на СНС у менее продуктивной тетраплоидной пшеницы Кронос частично компенсировалось снижением фертильности колоса (-9,2%), что привело к меньшему увеличению СНС (6,7%), чем СНС (17,7%). ). В этом опыте мы не наблюдали отрицательного влияния гаплотипа h3 на массу зерна. Баланс этих различных эффектов заключался в положительном увеличении урожая зерна на 7,1% на колос, но эта разница была незначительной ( P = 0,1078). Основываясь на этих результатах, мы предполагаем, что, когда у растения больше доступных колосков, оно подстраивает количество зерен или их наполнение к имеющимся ресурсам в зависимости от времени развития, когда растение сталкивается с ограниченными ресурсами.

Ранее было описано увеличение частоты гаплотипа h3 у мягкой пшеницы от менее 50% у старых местных сортов до более 80% у современных сортов пшеницы [10]. Это говорит о том, что отбор по высокой SNS, GNS или урожайности зерна мог ускорить увеличение частот h3. Напротив, у тетраплоидной пшеницы гаплотип h2 заменил гаплотип h4 и практически закрепился у современных сортов твердых сортов (99%) [10]. Это увеличение частоты h2 нельзя объяснить отбором на более высокий SNS или GNS, потому что наш полевой эксперимент показал, что h2 имеет значительно более низкие SNS и GNS, чем h4 (рис. 7).Поскольку твердая пшеница имеет гораздо более крупные зерна, чем обычная пшеница, мы предполагаем, что отбор на более крупные зерна мог привести к косвенному отбору на уменьшение числа зерен, в пользу аллеля h2. Этот косвенный отбор, вероятно, был вызван отрицательной корреляцией между количеством зерен и весом, компромиссом, который усиливается в сортах с ограниченным источником и / или неоптимальных условиях.

Аналогичный результат был недавно получен для гена FT-A2 , где производный аллель A10, связанный с повышением SNS, был обнаружен с высокой частотой в мягкой пшенице (~60%), но почти отсутствовал в современных коммерческих сортах твердой пшеницы. (0.7%) [36]. Эти результаты позволяют предположить, что другие гены, участвующие в регуляции развития колоса, могут иметь разную частоту между обычной и твердой пшеницей в результате этого предполагаемого отбора на крупное зерно.

Однако также возможно, что производные аллели WAPO-A1 h3 и FT-A2 A10 никогда должным образом не тестировались на современных сортах твердой пшеницы. Гаплотип WAPO-A1 h3 был обнаружен только у одного образца из Сирии при обследовании 364 сортов твердой пшеницы [10].Аналогично, аллель FT-A2 A10 был обнаружен только у трех образцов из Омана и Турции при обследовании 417 сортов твердой пшеницы [36]. В этом исследовании мы показываем, что перенос гаплотипа WAPO-A1 h3 из мягкой пшеницы в тетраплоидную пшеницу Kronos был связан со значительным увеличением SNS и GNS. Аналогичный благоприятный эффект h3 по сравнению с h2 на SNS ранее сообщалось в сегрегирующей популяции, полученной в результате скрещивания культивируемой полбы и твердой пшеницы в полевых испытаниях в Фарго (Северная Дакота) [10].Это многообещающие результаты, но они все еще требуют проверки на различных сортах твердых сортов и более крупных испытаний урожайности. Чтобы облегчить интрогрессию гаплотипа h3 в твердой пшенице, мы депонировали Kronos NIL с интрогрессией h3 в Национальной коллекции мелких зерен (PI 698810).

Таким образом, подтверждение WAPO-A1 в качестве причинного гена 7AL SNS QTL и положительного влияния гаплотипа h3 на количество колосков и зерен в колосе предоставляет селекционерам пшеницы новый инструмент для улучшения характеристик поглощения с ограниченным влияние на время движения.Мы предполагаем, что интрогрессия гаплотипа h3 в сорта, не ограниченные исходными признаками (например, сорта с высокой биомассой), может привести к увеличению общей урожайности зерна в благоприятных условиях.

Материалы и методы

Мутации, индуцированные этилметансульфонатом (ЭМС), в

WAPO-A1

Мы провели скрининг базы данных секвенированных мутаций, индуцированных ЭМС, у тетраплоидного сорта пшеницы Кронос [16] с использованием последовательности WAPO-A1 ( TraesCS7A02G481600 ).Kronos имеет гаплотип WAPO-A1 h2, который несет делецию длиной 115 п.н. в промоторе и замену аспарагиновой кислоты на аспарагин в положении 384 (D384N). Для гомеолога A-генома ( WAPO-A1 ) мы идентифицировали линию K4222, несущую мутацию, которая приводит к замене триптофана преждевременным стоп-кодоном в положении 216 белка (W216*). Для гомеолога В-генома ( WAPO-B1 ) мы идентифицировали пять мутаций, которые приводили к аминокислотным заменам, но ни одна из них не приводила к преждевременным стоп-кодонам или измененным сайтам сплайсинга; следовательно, наши первые исследования мутантов EMS включали только K4222.Мы скрестили мутант K4222 с немутагенизированным Kronos, самоопылили F ₁ и отобрали сестринские линии, гомозиготные по мутанту ( wapo-A1 ) и аллелям WT ( Wapo-A1 ) из ​​расщепляющихся F ₂ растения. Полученные растения F ₃ оценивали в теплице, а растения F ₄ — в поле. Для дальнейшего снижения фоновых мутаций мы создали гомозиготные сестринские линии BC ₁ F ₂ путем обратного скрещивания F ₁ с Kronos, самоопыления BC ₁ и отбора гомозиготных растений в следующем поколении.Полученные зерна BC ₁ F ₃ были посеяны в полевом опыте.

Для эксперимента в теплице мы использовали два растения F ₃ на горшок (3,8 л) и измерили среднее значение SNS на растение. В первом полевом эксперименте мы посадили гомозиготные мутантные и сестринские линии WT F ₄ в полной рандомизированной схеме (CRD) с 10 повторами на генотип. Каждая повторность включала ряд из 2–5 растений на расстоянии 0,3 м друг от друга. Среднюю SNS на ряд рассчитывали путем измерения SNS по 3 шипам на растение.Во втором полевом эксперименте мы высаживали растения BC ₁ F ₃ на расстоянии 0,3 м друг от друга, разделяя по аллелям WAPO-A1 . Генотипирование этих растений выявило 11 гомозиготных wapo-A1 и 8 гомозиготных WT в пределах одного семейства BC ₁ #54. Для каждого растения определяли среднюю СНС по четырем колосам. Оба полевых эксперимента проводились на экспериментальной полевой станции Калифорнийского университета в Дэвисе, именуемой в дальнейшем Калифорнийским университетом в Дэвисе, в октябре 2019 года и июне 2020 года.

Создание двойных мутантов

wapo-A1 wapo-B1 с использованием CRISPR-Cas9

Чтобы лучше охарактеризовать функцию WAPO1 , мы отредактировали оба гомеолога тетраплоидной разновидности Kronos, используя CRISPR-Cas9 [37]. Мы сконструировали одну направляющую РНК между положениями 494 и 512 от стартового ATG кодирующей области (таблица S1) для индукции двухцепочечных разрывов в первом экзоне как WAPO-A1 , так и WAPO-B1 . Эта направляющая РНК затем была клонирована в вектор, который включал ген Cas9 и химеру GRF4-GIF1 , повышающую эффективность регенерации пшеницы для трансформации, опосредованной Agrobacterium- [38].Три независимых трансгенных растения Kronos T ₀ были получены из центра трансформации растений UCD и проверены на наличие мутаций с помощью секвенирования следующего поколения (NGS) и расщепления рестрикционными ферментами. Для скрининга NGS мы использовали праймеры g641-NGS-F и R, которые амплифицируют оба генома (таблица S1), и проанализировали данные с помощью CRISgo (https://github.com/pinbo/CRISgo), как опубликовано ранее [39]. Для скрининга ферментов рестрикции мы использовали пару праймеров, специфичных для A-генома CAPS- WAPO-A1 -F и R1, и пару специфичных для генома B праймеров CAPS- WAPO-B1 -F и R2 (таблица S1) с последующим расщеплением. с ферментом рестрикции Xcm I.Те же праймеры и расщепление рестрикционными ферментами использовали в качестве маркеров расщепляемой амплифицированной последовательности полиморфизма (CAPS) для последующих поколений.

Генерация

WAPO1 трансгенных линий

Чтобы подтвердить роль WAPO-A1 в регуляции СНС, мы создали трансгенные растения, экспрессирующие ген WAPO-A1 , управляемый его нативным промотором. Геномная область WAPO-A1 , которая включала 4,8 т.п.о. выше стартового кодона, полную кодирующую область с ее интроном и 1.5 т.п.о. ниже стоп-кодона, клонировали в устойчивый к гигромицину бинарный вектор pLC41. Три разных аллеля WAPO-A1 , каждый из которых кодирует другой белок WAPO-A1 (таблица 1), клонировали и трансформировали в Kronos. Первая геномная область WAPO-A ^m 1 была получена из библиотеки BAC диплоидов T . монококк подвид. monococcum , образец DV92, далее TmDV92 (геном A ^m ) [18].Белок WAPO-A ^m 1, кодируемый аллелем TmDV92, отличается от WAPO-A1 полиплоидной пшеницы тремя аминокислотами, но в остальном сходен с гаплотипом h4 (табл. 1). Вторую геномную область WAPO-A1 клонировали из библиотеки BAC T . тургидум подвид. durum сорт Langdon [19]. Эта конструкция, обозначенная далее как LDN-C47, кодирует аллель Wapo-A1d (гаплотип h4), не имеющий делеции в промоторной области и имеющий предковые аминокислоты C47 и D384 (табл. 1)

Третья конструкция, названная LDN-F47, была создана путем направленного мутагенеза конструкции LDN-C47 с использованием праймеров, описанных в таблице S1.Замена предкового цистеина (C47) на фенилаланин (F47) привела к белку, идентичному белку, кодируемому аллелем Wapo-A1b в гаплотипе h3 (таблица 1). Однако клон LDN-F47 отличается от природного геномного участка h3 тремя SNP в промоторной области и двумя в первом интроне [10]. В таблице 1 представлена ​​сводка различных конструкций WAPO-A1 и их сравнение с эндогенным аллелем Wapo-A1a (гаплотип h2), присутствующим в трансформированном сорте Kronos.

Конструкции

трансформировали в Kronos с помощью опосредованной Agrobacterium- трансформации (EHA105) в Центре трансформации растений Калифорнийского университета в Дэвисе, как описано ранее [38]. Праймеры, перечисленные в таблице S1, использовали для генотипирования трансгенных растений и подтверждения наличия трансгена. Трансгенные растения T ₀ были усовершенствованы до T ₁ и охарактеризованы в теплице по дате колошения, SNS, а также морфологии колоса и цветка.

Популяции, использованные для сравнения эффектов гаплотипов

WAPO-A1 в полевых условиях

Чтобы сравнить влияние гаплотипов h2 и h4 на СНС, мы разработали популяцию, сегрегирующую по гаплотипу h2 от Kronos и гаплотипу h4 от сорта твердой пшеницы Rusty, который нес тот же Wapo-A1d аллель, что и Langdon [10]. ] (Таблица 1).От скрещивания Kronos x Rusty [40] 75 растений F ₂ были улучшены до F ₄ путем односеменного происхождения (SDS) и генотипированы по гаплотипу WAPO-A1 с использованием молекулярного маркера, ранее разработанного для WAPO. делеция промотора -A1 [10]. Мы отобрали восемь гетерозиготных растений F ₄ (ID = 12, 19, 51, 55, 69, 113, 120, 128) для создания восьми гетерозиготных инбредных семей (HIF). Для каждого HIF F _4:5 мы отобрали две гомозиготные сестринские линии (F _4:6 ) – одну фиксированную по h2, а другую по h4.

Зерна F _4:6 использовались для двух полевых испытаний, проведенных на экспериментальной полевой станции Калифорнийского университета в Дэвисе, которые были посеяны в октябре и собраны в июне следующего года. Эксперименты относятся к годам урожая (2020 и 2021). Оба полевых эксперимента были организованы в виде рандомизированного полного блочного дизайна с разделенными участками (RCBD) с 10 повторениями, с использованием восьми HIF в качестве основных участков и сестринских линий, фиксированных для гаплотипов h2 и h4, в качестве подучастков. В эксперименте 2020 года мы использовали отдельные ряды в качестве экспериментальных единиц и измерили 15 пиков в каждом ряду.Для эксперимента 2021 года мы использовали небольшие участки (3 ряда = 1,86 м ² ) в качестве экспериментальных единиц и измерили 12 шипов на участок для определения SNS. В 2021 году мы также измеряли дату колошения как время от первого дождя после посева до времени, когда половина растений на делянке кололась, количество зерен в колосе (каждая повторность была средней из 3 колосов) и общую урожайность зерна. в кг/га (небольшие участки убирали комбайном Wintersteiger).

Чтобы сравнить эффект h3 по сравнению с h2, мы разработали NIL, сегрегирующие для этих гаплотипов как в тетраплоидной, так и в гексаплоидной пшенице.Тетраплоидные NIL были получены путем интрогрессии гаплотипа WAPO-A1 h3 из селекционной линии мягкой пшеницы UC Davis UC1110 (также называемой CAP1) в тетраплоидный сорт пшеницы Kronos с использованием обратного скрещивания с помощью маркеров. После трех обратных скрещиваний с Kronos мы провели самоопыление растений ВС ₃ и отобрали растения ВС ₃ F ₂ , гомозиготные по гаплотипам h2 и h3. Производные зерна BC ₃ F ₃ были высеяны в Калифорнийском университете в Дэвисе в ноябре 2020 г. в полностью рандомизированном дизайне (CRD) с девятью повторениями, с использованием 1-метровых рядов в качестве экспериментальных единиц (10 колосьев были измерены в ряду и усреднены).Гексаплоидные NIL были получены путем пятикратного обратного скрещивания гаплотипа h3 с гексаплоидной линией GID4314513 (h2) из ​​программы CIMMYT по высокой биомассе. Мы выбрали линию с высокой биомассой в качестве рекуррентного родителя, чтобы увеличить вероятность того, что увеличение SNS и GNS приведет к увеличению общего урожая зерна. Мы разработали BC ₅ F ₃ гомозиготных NIL, используя GID4314513 в качестве рекуррентного родителя, и сравнили их в полевых условиях в Калифорнийском университете в Дэвисе в 2021 году, используя RCBD с 10 повторениями и 3-рядными небольшими делянками (1.86 м ² ) в качестве опытных установок. Мы измерили 4 колосья на делянке (подвыборки) и собрали комбайном небольшие делянки.

Исследования экспрессии генов

Чтобы проверить, связаны ли различия в SNS между h4 и h2 с различными уровнями экспрессии WAPO-A1 , мы сравнили уровни транскрипта этого гена в развивающихся спайках гомозиготных сестринских линий h2 и h4, полученных из HIF #120. Уровни транскриптов WAPO-A1 определяли с помощью qRT-PCR с использованием специфичных для A-генома праймеров WAPO-A1-RT-F2 и WAPO1-A1-RT-R2 и условий ПЦР, описанных в нашем предыдущем исследовании [10].Реакции проводили на системе быстрой ПЦР в реальном времени ABI 7500 (Applied Biosystems) с использованием Fast SYBR GREEN Master Mix. Уровни транскрипта выражали как кратность уровней ACTIN с использованием метода 2 ^ΔCT .

Растения выращивали в конусах объемом 1,4 л, помещенных в вегетационные камеры CONVIRON при 16-часовом освещении при 22°C (интенсивность 330 молей) и 8-часовом освещении при 17°C в течение 25–30 дней. Для каждой повторности мы объединяли 3-8 развивающихся шипов от основного стебля, когда были видны зачатки цветковых чешуй (W3.25) в первом и втором экспериментах или при наличии зачатков цветков (W3.5) в третьем эксперименте. Стадии развития спайков основаны на шкале Уоддингтона [41]. Мы проанализировали первые два эксперимента на Н3.25 вместе, используя эксперимент как блок, и третий эксперимент на Н3.5 отдельно.

Чтобы сравнить уровни транскриптов генов MADS-box класса B, -C и -E у Kronos и мутанта wapo1 , мы экстрагировали РНК из развивающихся шипов на стадии зачатков тычинок (~W4.0). Всего было объединено 12 развивающихся шипов на повтор. Растения выращивали в одногаллонных горшках в ростовой камере CONVIRON в условиях, аналогичных описанным выше. Экстракцию РНК и анализ экспрессии проводили, как описано ранее [42]. Уровни транскрипта WAPO-A1 в трансгенных растениях определяли аналогичным образом, но развивающиеся шипы собирали на стадии W3.5, и 5-6 развивающихся шипов объединяли на повтор.

Для каждой трансгенной конструкции мы выбрали одну сестринскую линию без трансгена (WT), одну со слабым шиповидным фенотипом (например,г. повышенный SNS) и один с фенотипом сильного шипа (голые пестики и небольшой концевой колосок) и проанализировали уровни транскриптов WAPO-A1 с использованием праймеров WAPO-A1 -RT-F2 и WAPO-A1 -RT-R2 (таблица S1). ). Мы выращивали 24–36 потомков T ₂ от каждого из отобранных растений T ₁ в ростовой камере и экстрагировали РНК из пулов из 6–9 развивающихся шипов на стадии зачатка цветка (W3.5).

Гибридизация in situ

Мы выполнили гибридизацию in situ РНК в соответствии с протоколом, описанным ранее [21].Ткани получали из развивающихся шипов диплоидов T . monococcum (инвентарный номер PI 167615) и тетраплоидный сорт пшеницы Kronos. кДНК, полученные от T . monococcum и Kronos использовали для амплификации генов WAPO1 для реакции транскрипции in vitro . Мы разработали праймеры, специфичные для генома А пшеницы, к которым добавлены промоторные последовательности T3 и T7 (таблица S1). Зонды синтезировали с использованием Т3 (смысловой зонд) или Т7 (антисмысловой зонд) РНК-полимеразы (Roche) и метили дигоксигенин-11-UTP (Roche).Прямой праймер P3-WM-APO1-T3-F ₁₄₀₀ начинается на 57 п.н. выше стоп-кодона и два альтернативных обратных праймера P4-WM-APO1-T7-R ₁₆₄₉ и P5-WM-APO1-T7-R ₁₈₄₃ заканчиваются в 3′-UTR и включают в общей сложности 266 и 458 п.н. соответственно (таблица S1). Зонды P3-P4 и P3-P5 показали одинаковую специфичность. Цветную реакцию останавливали через 48 или 72 часа, и изображения получали с помощью микроскопа Nikon Ti, оснащенного камерой DS-Fi2-U3.

Статистический анализ

Взаимодействие между WAPO-A1 и WAPO-B1 было протестировано с использованием факторного ANOVA 2 x 2 с использованием гомеологов в качестве факторов и аллелей (мутантов WT и CRISPR) в качестве уровней.Четыре возможных гомозиготных класса — WT, wapo-A1 , wapo-B1 и двойной мутант wapo1 — были отобраны из потомства F ₂ растения F ₁ от скрещивания Kronos WT без трансгена CRISPR-Cas9.

Для трансгенных линий TmDV92, LDN-C47 и LDN-F47 мы создали от трех до пяти различных трансгенных событий. Поскольку количество нетрансгенных сестринских линий T ₁ было небольшим для каждого события, мы объединили нетрансгенные сестринские линии из разных событий, созданных с помощью одной и той же конструкции.Затем мы сравнили различные трансгенные объекты с объединенными нетрансгенными линиями с той же конструкцией, используя тесты Даннета. Все статистические анализы проводились с помощью SAS версии 9.4. Однородность дисперсии проверяли с помощью теста Левена, а нормальность остатка — с помощью теста Шапиро-Уилкса, реализованного в SAS v9.4. При необходимости данные преобразовывались для восстановления предположений ANOVA. Данные и описательная статистика представлены в файле данных S1 в формате Excel с данными для тех же рисунков и/или дополнительных таблиц, организованных в электронной таблице с буквами от A до H.

Вспомогательная информация

Таблица S2. F

₂ Мутанты с потерей функции CRISPR WAPO-A1 x WAPO-B1 Факторный дисперсионный анализ для количества колосков на колос (SNS), даты колошения и количества листьев основного побега при колосе.

10.1371/journal.pgen.1009747.s002

(DOCX)

S3 Таблица. ANOVA для экспериментов 2020 и 2021 гг., проверяющих влияние гаплотипов h4 и h2 на SNS, количество зерен в колосе (GNS), урожайность зерна, массу тысячи зерен и дату колошения.

10.1371/journal.pgen.1009747.s003

(DOCX)

Данные S1.

Данные A. Вспомогательные данные для рис. 1A–1C. Количество колосков на шип (SNS) в линиях, полученных от мутанта Kronos EMS с потерей функции K4222 для wapo-A1 . Данные В . Подтверждающие данные для рис. 2. Число колосков на колос (SNS) и количество дней до колошения (DTH) у трансгенных растений T ₁ (различные события) по сравнению с объединенными нетрансгенными растениями. Данные С .Вспомогательные данные для рис. 3A–3D. Частота цветочных аномалий у 14 растений Kronos с мутациями CRISPR с потерей функции как у wapo-A1 , так и у wapo-B1 (32 колоска, 91 цветочек). Данные D . Вспомогательные данные для рис. 3E–3G. Экспрессия генов MADS-box, участвующих в развитии цветков, у WT Kronos и wapo1 -null ( wapo-A1 wapo-B1 ) укороченных мутантов CRISPR. Данные E . Подтверждающие данные для рис. 5. Уровни транскриптов WAPO-A1 и фертильность в трансгенных растениях Kronos, трансформированных с помощью WAPO-A1 , управляемых его естественным промотором. Данные F . Вспомогательные данные для рис. 7A–7D и таблицы S3. Полевой эксперимент с рандомизированным полным блоком с разделенным участком, проверяющий влияние гаплотипов WAPO-A1 h2 и h4. Данные G . Подтверждающие данные для рис. 7E и 7F. Экспрессия WAPO-A1 в гомозиготных сестринских линиях h2 и h4, полученных из HIF #120. Данные Н . Вспомогательные данные для рис. 8 и таблицы S4. Эффект гаплотипа h3 WAPO-A1 , интрогрессированного в тетраплоид Kronos (CRD, 9 повторений.) и высокобиомассовой гексаплоидной линии GID4314513 (RCBD, 10 блоков) в полевом опыте 2021 г.

10.1371/journal.pgen.1009747.s008

(XLSX)

Благодарности

Мы благодарим Мариану Падиллу и Освальдо Чикаизу за отличную техническую помощь в разработке, управлении и сборе всех данных полевых экспериментов, а также Хуана Дебернарди за рецензирование рукописи и ценные предложения. Мы также благодарим André Schönhofen, Xiaoqin Zhang и Priscilla Glenn за их помощь в интрогрессии гаплотипа h3 мягкой пшеницы в Kronos.

Каталожные номера

1. 1. ФАОСТАТ. http://www.fao.org/faostat/en/#data: Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) ООН; 2017.
2. 2. Грассини П., Эскридж К.М., Кассман К.Г. Различие между повышением урожайности и плато урожайности в исторических тенденциях растениеводства. Нац коммун. 2013;4:2918. WOS:000329396500004. пмид:24346131
3. 3. Слафер Г.А. Генетическая основа урожайности с точки зрения физиолога.Энн Аппл Биол. 2003;142(2):117–28. WOS:0001820002.
4. 4. Zhang JL, Gizaw SA, Bossolini E, Hegarty J, Howell T, Carter AH, et al. Идентификация и валидация QTL для урожайности зерна и водного режима растений при контрастных обработках водой яровой пшеницы с осенним посевом. Теория Appl Genet. 2018;131(8):1741–59. WOS:0004300011. пмид:29767279
5. 5. Ward BP, Brown-Guedira G, Kolb FL, Van Sanford DA, Tyagi P, Sneller CH, et al. Полногеномные ассоциативные исследования признаков, связанных с урожайностью, у мягкой красной озимой пшеницы, выращенной в Вирджинии.ПЛОС Один. 2019;14(2):e0208217. WOS:00045970
   08. пмид:30794545
6. 6. Boeven PHG, Longin CFH, Leiser WL, Kollers S, Ebmeyer E, Wurschum T. Генетическая архитектура мужских цветочных признаков, необходимых для селекции гибридной пшеницы. Теория Appl Genet. 2016;129(12):2343–57. WOS:0003800010. пмид:27553082
7. 7. Мукаддаси К.Х., Брассак Дж., Копполу Р., Плиске Дж., Ганал М.В., Родер М.С. TaAPO-A1 , ортолог риса ABERRANT PANICLE ORGANIZATION 1 , связан с общим числом колосков на колос элитной европейской гексаплоидной озимой пшеницы ( Triticum aestivum L.) разновидности. Научный представитель Великобритании. 2019;9:ARTN 13853. WOS:000487586600044. пмид:31554871
8. 8. Voss-Fels KP, Keeble-Gagnere G, Hickey LT, Tibbits J, Nagornyy S, Hayden MJ, et al. Картирование с высоким разрешением узлов стержня на стержень, что является критическим фактором, определяющим компоненты урожайности зерна пшеницы. Теория Appl Genet. 2019;132(9):2707–19. WOS:000484527400018. пмид:31254025
9. 9. Вуршум Т., Лейзер В.Л., Лангер С.М., Такер М.Р., Лонгин К.Ф.Х. Фенотипический и генетический анализ характеристик колоса и зерна пшеницы позволяет выявить многолетние генетические тренды компонентов урожая зерна.Теория Appl Genet. 2018;131(10):2071–84. WOS:000445158000004. пмид:29959471
10. 10. Кузай С., Сюй Ю., Чжан Дж., Кац А., Пирс С., Су З. и др. Идентификация гена-кандидата для QTL для количества колосков на колос на плече 7AL хромосомы пшеницы с помощью генетического картирования с высоким разрешением. Теория Appl Genet. 2019; 132: 2689–705. пмид:31254024.
11. 11. Ikeda K, Ito M, NagasawaO N, Kyozuka J, Nagato Y. Rice ABERRANT PANICLE ORGANIZATION 1 , кодирующий белок F-box, регулирует судьбу меристемы.Плант Дж. 2007; 51 (6): 1030–40. WOS:000249424200008. пмид:17666027
12. 12. Икеда К., Нагасава Н., Нагато Ю. АБЕРРАНТНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТЕЛОК 1 временно регулирует идентичность меристем у риса. Дев биол. 2005;282(2):349–60. WOS:000230005

    6. пмид:15950602

13. 13. Левин Дж.З., Мейеровиц Э.М. Ufo — ген арабидопсиса, участвующий как в меристеме цветка, так и в развитии органов цветка. Растительная клетка. 1995;7(5):529–48. WOS: A1995RA41700005. пмид:7780306
14. 14.Че Э, Тан К.К.Г., Хилл Т.А., Ирландский В.Ф. Белок F-box арабидопсиса действует как транскрипционный кофактор, регулирующий развитие цветков. Разработка. 2008;135(7):1235–45. WOS:0002540004. пмид:18287201
15. 15. Ikeda-Kawakatsu K, Maekawa M, Izawa T, Itoh JI, Nagato Y. ABERRANT PANICLE ORGANIZATION 2/RFL , рисовый ортолог Arabidopsis LEAFY , подавляет переход от меристемы соцветия к меристеме цветка посредством взаимодействия с APO1 .Плант Дж. 2012;69(1):168–80. WOS:0002983575. пмид:211
16. 16. Красилева К.В., Васкес-Гросс Х.А., Хауэлл Т., Бейли П., Параисо Ф., Клиссолд Л. и соавт. Выявление скрытых вариаций у полиплоидной пшеницы. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017;114(6):E913–E21. пмид: 28096351.
17. 17. Фальконер ДС. Введение в количественную генетику. Эдинбург: Оливер и Бойд, 1964.
18. 18. Lijavetzky D, Muzzi G, Wicker T, Keller B, Wing R, Dubcovsky J. Создание и характеристика библиотеки бактериальных искусственных хромосом (BAC) для генома A пшеницы.Геном. 1999;42(6):1176–82. пмид:10659785.
19. 19. Ченчи А., Шантре Н., Конг Х., Гу Ю., Андерсон О.Д., Фахима Т. и др. Создание и характеристика библиотеки BAC из полумиллиона клонов твердой пшеницы ( Triticum turgidum ssp. durum ). Теория Appl Genet. 2003;107(5):931–9. ИСИ: 000185117600020. пмид:12830387
20. 20. Шиллинг С., Кеннеди А., Пан С., Джермиин Л.С., Мельцер Р. Полногеномный анализ генов MADS-box MIKC-типа у пшеницы: повсеместные дупликации, функциональная консервация и предполагаемая неофункционализация.Новый Фитол. 2020;225(1):511–29. пмид:31418861.
21. 21. Чжун Дж., Ван Эссе Г.В., Би Х., Лан Т., Уолла А., Санг К. и др. INTERMEDIUM-M кодирует ортолог HvAP2L-H5 и необходим для определения детерминированности соцветий и колосков у ячменя. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021;118(8):e2011779118. WOS:000621797000020. пмид:33593903
22. 22. Lee I, Wolfe DS, Nilsson O, Weigel D. Сорегулятор LEAFY , кодируемый НЕОБЫЧНЫМИ ЦВЕТОЧНЫМИ ОРГАНАМИ .Карр Биол. 1997;7(2):95–104. WOS:A1997Wh32600022. пмид:

    05

23. 23. Hepworth SR, Klenz JE, Haughn GW. НЛО в верхушке соцветия арабидопсиса необходим для идентичности цветочно-меристемы и подавления прицветников. Планта. 2006;223(4):769–78. WOS:000236965600014. пмид:16244866
24. 24. Вагнер Д., Сабловски Р.М., Мейеровиц Э.М. Транскрипционная активация APETALA1 с помощью LEAFY. Наука. 1999; 285(5427):582–4. WOS:000081609500037. пмид:10417387
25. 25.Гранди В., Грегис В., Катер М.М. Выявление генетических и молекулярных взаимодействий между генами идентичности меристемы цветков у Arabidopsis thaliana . Плант Дж. 2012;69(5):881–93. WOS:000300696800012. пмид:22040363
26. 26. Li C, Lin H, Chen A, Lau M, Jernstedt J, Dubcovsky J. Пшеница VRN1 , FUL2 и FUL3 играют решающую и дублирующую роль в развитии колосков и детерминированности колосков. Разработка. 2019;146(14):dev175398. WOS:000478027300017.пмид:31337701
27. 27. Li K, Debernardi JM, Li C, Lin H, Zhang C, Dubcovsky J. Взаимодействия между белками SQUAMOSA и SVP MADS-box регулируют переходы меристем во время развития колоса пшеницы. Растительная клетка. 2021; 33 (12): 3621–44. пмид:34726755
28. 28. Лэмб Р.С., Хилл Т.А., Тан К.К.Г., Ирландский В.Ф. Регуляция экспрессии цветочного гомеозисного гена APETALA3 с помощью генов меристемной идентичности. Разработка. 2002;129(9):2079–86. WOS:000175694400003. пмид:11959818
29. 29.Буш М.А., Бомблис К., Вейгель Д. Активация цветочного гомеозисного гена у арабидопсиса. Наука. 1999; 285(5427):585–7. пмид:10417388.
30. 30. Ломанн Дж.У., Хонг Р.Л., Хобе М., Буш М.А., Парси Ф., Саймон Р. и соавт. Молекулярная связь между регуляцией стволовых клеток и формированием цветочного паттерна у арабидопсиса. Клетка. 2001;105(6):793–803. WOS:000169375100012. пмид:11440721
31. 31. Крижек Б.А., Мейеровиц Э.М. Гомеозисных генов арабидопсиса APETALA3 и PISTILLATA достаточно для обеспечения функции идентичности органов класса B.Разработка. 1996;122(1):11–22. WOS:A1996TY51600002. пмид:8565821
32. 32. Уилкинсон, доктор медицины, Хоун Г.В. НЕОБЫЧНЫЕ ЦВЕТОЧНЫЕ ОРГАНЫ контролирует идентичность меристем и судьбу зачатков органов у арабидопсиса. Растительная клетка. 1995;7(9):1485–99. пмид:12242408.
33. 33. Боден С.А., Кавана С., Каллис Б.Р., Рамм К., Гринвуд Дж., Джин Финнеган Э. и др. Ppd-1 является ключевым регулятором строения соцветия и развития парных колосков у пшеницы. Нат растения.2015;1. пмид:27246757
34. 34. Пурсаребани Н., Зайденстикер Т., Копполу Р., Траутевиг С., Гавронски П., Бини Ф. и др. Генетическая основа сложной формы колоса у ячменя и «Чудо-пшеницы». Генетика. 2015;201(1):155–65. WOS:000361206400013. пмид:26156223
35. 35. Wolde GM, Mascher M, Schnurbusch T. Генетическая модификация расположения колосков у пшеницы увеличивает количество зерен без значительного влияния на вес зерна. Мол Генет Геномикс. 2019; 294:457–68.пмид:305.
36. 36. Гленн П., Чжан Дж., Браун-Гедира Г., ДеВитт Н., Кук Дж. П., Ли К. и др. Выявление и характеристика природного полиморфизма FT-A2 , связанного с повышенным числом зерен в колосе у пшеницы. Теория Appl Genet. 2021; пмид:34825926
37. 37. Джинек М., Чилински К., Фонфара И., Хауэр М., Дудна Дж. А., Шарпантье Э. Программируемая ДНК-эндонуклеаза с двойной РНК-управляемой в адаптивном бактериальном иммунитете. Наука. 2012;337(6096):816–21.WOS:000307535600036. пмид:22745249
38. 38. Дебернарди Дж. М., Триколи Д. М., Эрколи М. Ф., Хайта С., Рональд П., Палатник Дж. Ф. и другие. Химерный белок GRF-GIF повышает эффективность регенерации трансгенных растений. Нац биотехнолог. 2020;38(11):1274–129. пмид:33046875.
39. 39. Коннелли Дж. П., Пруэтт-Миллер С. М. CRIS.py: универсальная и высокопроизводительная программа анализа для редактирования генома на основе CRISPR. Научный представитель Великобритании. 2019;9:4194. WOS:0004600030. пмид:30862905
40. 40.Саймонс К., Абате З., Чао С.М., Чжан В.Дж., Роуз М., Джин И и др. Генетическое картирование гена устойчивости к стеблевой ржавчине Sr13 у тетраплоидной пшеницы ( Triticum turgidum ssp. durum L.). Теория Appl Genet. 2011;122(3):649–58. ИСИ: 0002865988. пмид:20857083
41. 41. Waddington SR, Cartwright PM, Wall PC. Количественная шкала начального развития колоса и пестика у ячменя и пшеницы. Энн Бот-Лондон. 1983; 51 (1): 119–30. WOS: A1983QC01200013.
42. 42. Shaw LM, Li CX, Woods DP, Alvarez MA, Lin HQ, Lau MY, et al. Эпистатические взаимодействия между PHOTOPERIOD1 , CONSTANS1 и CONSTANS2 модулируют фотопериодическую реакцию у пшеницы. Генетика PLoS. 2020;16(7):e1008812. WOS:000552626

    1. пмид:32658893

Сосудистая система колоска пшеницы (Triticum aestivum) | Анналы ботаники

Получить помощь с доступом

Институциональный доступ

Доступ к контенту с ограниченным доступом в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок.Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту следующими способами:

Доступ на основе IP

Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с проверкой подлинности IP.

Войдите через свое учреждение

Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения.

Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

1. Щелкните Войти через свое учреждение.
2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением.Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

Вход с помощью читательского билета

Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

Члены общества

Многие общества предлагают своим членам доступ к своим журналам с помощью единого входа между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Из журнала Oxford Academic:

1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
2. При посещении сайта общества используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для своих членов.

Личный кабинет

Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

Некоторые общества используют личные учетные записи Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

Институциональная администрация

Для библиотекарей и администраторов ваша личная учетная запись также предоставляет доступ к управлению институциональной учетной записью. Здесь вы найдете параметры для просмотра и активации подписок, управления институциональными настройками и параметрами доступа, доступа к статистике использования и т. д.

Просмотр ваших зарегистрированных учетных записей

Вы можете одновременно войти в свою личную учетную запись и учетную запись своего учреждения.Щелкните значок учетной записи в левом верхнем углу, чтобы просмотреть учетные записи, в которые вы вошли, и получить доступ к функциям управления учетной записью.

Выполнен вход, но нет доступа к содержимому

Oxford Academic предлагает широкий ассортимент продукции. Подписка учреждения может не распространяться на контент, к которому вы пытаетесь получить доступ. Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этому контенту, обратитесь к своему библиотекарю.

растений | Проектирование колоса пшеницы

Li et al.исследовали гены, регулирующие развитие колоса пшеницы, и обнаружили, что гены SQUAMOSA и SVP контролируют развитие нормальных колосов. Растительная клетка. https://doi.org/10.1093/plcell/koab243

Хорхе Дубковски, Кун Ли и Хуан Мануэль Дебернарди, Калифорнийский университет, Дэвис, Калифорния, США

Справочная информация: Ежегодно в мире производится более 750 000 000 тонн зерен пшеницы. Эти зерна образуются в соцветии, известном как колос, который имеет несколько боковых вторичных соцветий, называемых колосками.Количество колосков, а следовательно, и количество зерен в колосе определяется при формировании верхушечного колоска. Ранее мы показали, что гены развития семейства SQUAMOSA необходимы для обеспечения образования терминальных колосков и для развития колосков. Таким образом, объединенные мутанты SQUAMOSA имеют больше колосков, но трансформированы в вегетативные органы. Здесь мы показываем, что другая группа генов развития семейства SVP вносит вклад в число колосков через их взаимодействие с генами SQUAMOSA , не оказывая негативного влияния на характеристики колосков.

Вопрос:   Как гены SQUAMOSA контролируют количество и развитие колосков у пшеницы, чтобы создать более продуктивные колоски пшеницы?

Результаты: Сравнивая экспрессию генов у мутантов SQUAMOSA и нормальных растений пшеницы во время развития колоса, мы обнаружили три гена семейства SVP , которые экспрессировались на очень высоких уровнях у мутантов SQUAMOSA . Комбинированные мутанты SVP показали большее количество колосков на колос, отсроченное колошение и более короткие растения.При объединении одного мутанта SVP с мутантами SQUAMOSA снижались вегетативные характеристики колосков. Интересно, что мутант SVP демонстрировал пазушные соцветия в удлиняющемся стебле (как початок кукурузы), которые не наблюдаются у обычной пшеницы (см. Рисунок). Мы предполагаем, что ген SVP контролируют формирование пазушных шипов и колосков. Мы также предполагаем, что взаимодействия SQUAMOSA-SVP важны для стимуляции колошения, формирования верхушечного колоска и удлинения стебля в начале цветения, и что подавление генов SVP затем необходимо для нормального развития колосков и цветков.

Следующие шаги: Индуцированные мутации в генах SVP , а также некоторые недавно открытые естественные мутации в этих генах увеличивают количество колосков на колос. Эти мутанты являются полезными инструментами для селекционеров пшеницы для увеличения количества зерен в колосе и продуктивности пшеницы. В настоящее время мы внедряем эти варианты в коммерческие сорта пшеницы, чтобы проверить их влияние на общий урожай зерна.

Кун Ли, Хуан М. Дебернарди, Чэнся Ли, Хуэйцюн Линь, Чаочжун Чжан, Джуди Джернштедт, Мария фон Корфф, Джиншун Чжун, Хорхе Дубковски. (2021). Взаимодействия между белками SQUAMOSA и SHORT VEGETATIVE PHASE MADS-box регулируют переходы меристем во время развития колоса пшеницы. Растительная клетка. https://doi.org/10.1093/plcell/koab243

.