Estambre normal versus pistilización de estambres en trigo
¿Es una mutación genética la que convierte los estambres normales en pistilos del trigo?
Tan Hanling 7k
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arroz Análisis genético de pistilo y mutantes de pistilo
1. Análisis genético de pistilo y mutantes de pistilo en arroz (revisión de la literatura)
Wang Changjian [1] (2020) en el artículo "Desarrollo de órganos de flores de arroz" "Identificación y mapeo genético del gen DPS2" señaló que el arroz es uno de los cultivos alimentarios importantes en mi país y también una planta modelo monocotiledónea. La formación y el desarrollo de órganos florales están estrechamente relacionados con el rendimiento del arroz. La clonación y el análisis funcional de genes relacionados con el desarrollo de los órganos de las flores de arroz no sólo ayudan a comprender mejor el mecanismo regulador del desarrollo de las flores de arroz, sino que también tienen una importancia práctica importante para el futuro mejoramiento de alto rendimiento. En este estudio, se descubrió un mutante estéril con defectos en el desarrollo del androceo a partir de la línea de sustitución de CJ06 y TN1, denominado DPS2 (defecto en el desarrollo del androceo 2). En condiciones de siembra de campo convencionales, se compararon las diferencias en los principales rasgos agronómicos y características morfológicas de los órganos florales del dps2 mutante y el CJ06 de tipo salvaje. Se utilizaron microscopía electrónica de barrido y secciones de parafina para observar la estructura de las anteras, y se utilizó tinción para observar la fertilidad del polen y el saco embrionario. El método de clonación basado en mapas se utilizó para el mapeo fino de genes; la secuenciación del transcriptoma y la RT-PCR se utilizaron para analizar los niveles de expresión de genes relacionados con el desarrollo de las flores en tipos salvajes y mutantes. Los resultados son los siguientes: el mutante dps2 tiene un período de rumbo más largo, la lema y la lema de la espiguilla se desarrollan normalmente y no pueden florecer ni florecer normalmente. En la etapa madura, las espiguillas tienen órganos florales residuales y no pueden dar frutos normalmente. No hubo cambios significativos en otros rasgos agronómicos del mutante dps2, como la altura de la planta, el número de macollos, la longitud de la panícula, el número de ramas primarias y el número de ramas secundarias. Los estambres del mutante dps2 se reducen en diversos grados, el color es transparente y amarillo claro, el número de estambres aumenta, los pistilos se reducen y el número de estigmas aumenta. Una observación adicional reveló que la cavidad de las anteras del mutante dps2 estaba colapsada, las células epidérmicas externas estaban plegadas, dispuestas de manera irregular, la superficie exterior era lisa y no había sustancias lineales como cera o queratina. No había microsporas visibles en el interior. las anteras podrían formar cavidades y granos de polen. Marchitas, no hay acumulación de almidón, por lo que sólo una pequeña cantidad de polen en el mutante está activo. Además, el desarrollo del saco embrionario del mutante dps2 se vio afectado y la estructura nuclear central del saco embrionario mostró signos de degeneración celular. El análisis genético mostró que el dps2 mutante está controlado por un único gen recesivo. Mediante clonación basada en mapas, localizamos el gen DPS2 en un intervalo de 91,2 Kb en el brazo corto del cromosoma 4. No se han reportado genes relacionados con el desarrollo de órganos florales en este intervalo. El análisis de secuenciación del transcriptoma mostró que, en comparación con el tipo salvaje, 731 genes estaban regulados positivamente y 1679 genes estaban regulados por dps2. Estos genes expresados diferencialmente están involucrados en el metabolismo biológico y la regulación biológica, y 9 genes están involucrados en la síntesis de auxinas y las vías de transducción de señales. La PCR cuantitativa de fluorescencia en tiempo real encontró que la expresión del gen TDD1 relacionado con la síntesis de auxinas se redujo significativamente en el mutante dps2, mientras que la expresión de los genes sensibles a las auxinas OsIAA3, OsARF11, OsARF3 y OsARF15 aumentó significativamente. La expresión de los genes de clase B OsMADS2, OsMADS4, OsMADS16 y los genes de clase E OsMADS1, OsMADS6, OsMADS7 y OsMADS8 en la familia de genes MADS-box aumentó significativamente en dps2. Los resultados anteriores indican que las mutaciones en DPS2 pueden afectar la síntesis o el metabolismo de las auxinas. Los estambres y pistilos del mutante dps2 se desarrollan de forma anormal y, en última instancia, provocan infertilidad. Se especula que DPS2 puede desempeñar un papel importante en la regulación del desarrollo del tercer verticilo de estambres y el desarrollo del cuarto verticilo de pistilos en el arroz.
Yang Qian [2] (2020) señaló en la función del gen TaWin1 durante el desarrollo de la flor del trigo que los estambres son órganos florales importantes en las plantas, y su crecimiento y desarrollo afecta directamente el mejoramiento vegetal y el rendimiento de los cultivos. La esterilidad masculina es la incapacidad de producir descendencia fértil debido al desarrollo anormal del estambre y es común en el mundo vegetal. En la investigación sobre mejoramiento genético de híbridos de cultivos, las líneas androestériles desempeñan un papel muy importante en el cultivo de variedades de alta calidad y alto rendimiento. El trigo es uno de los tres cultivos alimentarios más importantes del mundo. Por lo tanto, estudiar el desarrollo de los estambres masculinos y femeninos en el trigo es de gran importancia para mejorar la calidad del trigo y aumentar su rendimiento. El mutante de transformación homóloga estambre-pistilo del trigo (HTS-1) es un nuevo mutante descubierto por el profesor Peng durante el mejoramiento de líneas de trigo casi isogénicas.
En los floretes de HTS-1, todos o parte de los estambres se transforman de manera homóloga en pistilos, por lo que el número de pistilos es generalmente de 4 a 6. Por lo tanto, este mutante es total o parcialmente estéril y la tasa promedio de formación de semillas en estado natural es solo del 15,3%. El análisis genético mostró que este mutante está controlado por al menos dos genes recesivos (Pis1 y hts) y no tiene nada que ver con la herencia citoplasmática. Entre ellos, el gen Pis1 se ha localizado en el cromosoma 2D y controla los tres rasgos del pistilo del trigo tripistilo. Hts se basa en un intervalo de 7,2 Mb que se ha mapeado en el cromosoma 4A. Combinado con un análisis previo del transcriptoma, se descubrió en esta posición un gen que se expresa anormalmente en los pistilos abortados (PS), a saber, el gen TaWin1. Por lo tanto, se especula que la sobreexpresión del gen TaWin1 conducirá a una transformación homóloga de los estambres de trigo en pistilos. Para explorar más a fondo la función de TaWin1, este estudio utilizó tres líneas casi isogénicas CSTP, CM28TP y estambres de trigo como materiales experimentales, mediante clonación de genes, tratamiento con etefón exógeno y 1-metilciclopropeno, detección por PCR en tiempo real y Arabidopsis thaliana transgénica. La función del gen TaWin1 se analizó mediante otros métodos. Los principales resultados son los siguientes: La similitud de secuencia entre los genes 1 y TaWin1 en CM28TP y HTS-1 es del 99,77%. La única diferencia es que se insertan dos timinas (T) en el fragmento ORF aguas abajo del gen TaWin1 en HTS-1. . Por lo tanto, los tamaños de los fragmentos del gen TaWin1 en CM28TP y HTS-1 son 883 pb y 885 pb respectivamente, y la longitud de su marco de lectura abierto (ORF) es 408 pb. En toda la región codificante, la secuencia de aminoácidos de TaWin1 tiene una similitud del 96,38% con la de A. aegypti Win1, y una similitud del 64,23% con la de A. breviflora Win1 y A. bicolor win 1. La similitud con Z. mays Win1 del maíz es del 58,82% y la similitud con Arabidopsis A. lyrata subsp. Lyrata Win1 es 62,77% similar al arroz Win1. El análisis del árbol filogenético mostró que la proteína TaWin1 pertenece a A. taegrunta Win1, antera de arroz silvestre Win1, arroz Win1, sorgo Win1 y maíz win1. Además, TaWin1 tiene la relación genética más cercana con Jiejiemai Win1, lo que confirma aún más que TaWin1 y Win1 pertenecen a la misma familia de genes. El análisis de PCR de fluorescencia en tiempo real mostró que, en comparación con los pistilos y los estambres, el gen TaWin1 tenía el nivel de expresión más alto en los pistilos y estambres de HTS-1, que era aproximadamente 194 veces mayor que el de los pistilos normales y 86 veces mayor que el de los estambres normales. 2. Cuando CSTP y HTS-1 se trataron con etefón y 1-metilciclopropeno (1-MCP) respectivamente, el pistilo y el pistilo de HTS-1 cambiaron significativamente. El pistilo y el pistilo de HTS-1 no tratado fueron 59,61% y CSTP fue 0,30. %. En comparación con HTS-1 sin ningún tratamiento, la población de pistilos de HTS-1 tratado con 1 disminuyó en un 24,34% y la tasa de población de pistilos de CSTP tratado con etefón aumentó en un 40,23%. Análisis por PCR en tiempo real de la expresión de genes clave en la vía del etileno. Los resultados mostraron que los niveles de expresión de ACO2_2, CTR1 y EIN2_2 en panículas jóvenes de HTS-1 fueron mayores que los de CSTP. El nivel de expresión de HTS-1 disminuyó después del tratamiento con 1-MCP y el nivel de expresión de CSTP aumentó después del tratamiento con etefón. La expresión de los genes ETR1 y SAM en panículas jóvenes de HTS-1 fue significativamente mayor que la de CSTP, y la expresión de HTS-1 disminuyó después del tratamiento con 1-MCP. Los niveles de expresión de los genes ETR y SAM en CSTP tratado con etefón y CSTP no tratado fueron bajos, y la diferencia no fue obvia. El nivel de expresión de ACS en HTS-1 es mayor que el de CSTP (aproximadamente 6 veces) y el nivel de expresión de HTS-1 aumenta significativamente después del tratamiento con 1-MCP. La expresión de SCA en panículas jóvenes de CSTP tratada con etefón fue mayor que la de CSTP no tratada. Entre los 6 genes detectados, la diferencia de expresión del gen EIN2 fue la más obvia. En HTS-1 tratado con 1 MCP, la expresión del gen EIN2 fue aproximadamente 15 veces menor que en HTS-1 no tratado, mientras que en CSTP tratado con etileno, fue aproximadamente 16 veces mayor. El nivel de expresión del gen TaWin1 en panículas jóvenes de HTS-1 es mayor que el de CSTP. Después de tratar HTS-1 con 1-MCP, la expresión del gen TaWin1 en sus panículas jóvenes se reguló aproximadamente 9,5 veces. Sin embargo, la expresión del gen TaWin1 no cambió significativamente en las espiguillas de CSTP tratadas con etefón.
3. Se analizó más a fondo la función del gen TaWin1 mediante tecnología transgénica de Arabidopsis. Los resultados mostraron que la sobreexpresión del gen TaWin1 en Arabidopsis dio como resultado una serie de cambios fenotípicos en Arabidopsis, como longitudes significativamente más cortas de filamentos y pedicelos, degeneración y degradación de los filamentos. Se utilizó tecnología de PCR en tiempo real para analizar la expresión de tres genes enzimáticos clave para la síntesis de etileno en Arabidopsis transgénica y Arabidopsis de tipo salvaje. Los resultados mostraron que, además del gen At ACS, la expresión de otros dos genes enzimáticos clave, ACS y AtSAM, estaba regulada positivamente en Arabidopsis transgénica. Esto indica que TaWin1 promueve la síntesis de etileno en Arabidopsis hasta cierto punto.