Leaf-derived ABA regulates rice seed development via a transporter-mediated and temperature-sensitive mechanism.
Leaf-derived ABA regulates rice seed development via a transporter-mediated and temperature-sensitive mechanism.
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叶源 ABA 通过转运蛋白介导的温度敏感机制调节水稻种子发育
DOI：
10.1126/sciadv.abc8873
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发表时间：
2021-01
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Li S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Qin P;Zhang G;Hu B;Wu J;Chen W;Ren Z;Liu Y;Xie J;Yuan H;Tu B;Ma B;Wang Y;Ye L;Li L;Xiang C;Li S
叶片到颖果的脱落酸运输机制确保了种子的正常发育以响应温度的变化。植物激素脱落酸(ABA)的长距离运输已被研究了近50年，但其机制基础和生物学意义仍不甚清楚。在这里，我们表明，叶片来源的ABA以一种依赖于温度的方式控制水稻种子的发育，并受到缺陷籽粒填充1(DG1)的调节，DG1是一种在节间和小穗轴排出ABA的多药物和有毒化合物挤出转运蛋白。具体地说，ABA在WT和DG1叶片中都是生物合成的，但只有WT颖果积累了来自叶片的ABA。我们的研究表明，叶片来源的ABA激活了淀粉合成基因，这解释了DG1中不完全灌浆和粉状种子的表型。DG1介导的ABA长途运输效率和灌浆表型均对温度敏感。此外，我们通过观察玉米DG1直系突变体中类似的籽粒灌浆缺陷，将这些机理上的见解扩展到其他谷物。我们的研究表明，水稻利用基于叶片到颖果ABA运输的机制来确保种子正常发育，以应对温度变化。
A leaf-to-caryopsis abscisic acid transport mechanism ensures normal seed development in response to variable temperatures. Long-distance transport of the phytohormone abscisic acid (ABA) has been studied for ~50 years, yet its mechanistic basis and biological significance remain very poorly understood. Here, we show that leaf-derived ABA controls rice seed development in a temperature-dependent manner and is regulated by defective grain-filling 1 (DG1), a multidrug and toxic compound extrusion transporter that effluxes ABA at nodes and rachilla. Specifically, ABA is biosynthesized in both WT and dg1 leaves, but only WT caryopses accumulate leaf-derived ABA. Our demonstration that leaf-derived ABA activates starch synthesis genes explains the incompletely filled and floury seed phenotypes in dg1. Both the DG1-mediated long-distance ABA transport efficiency and grain-filling phenotypes are temperature sensitive. Moreover, we extended these mechanistic insights to other cereals by observing similar grain-filling defects in a maize DG1 ortholog mutant. Our study demonstrates that rice uses a leaf-to-caryopsis ABA transport–based mechanism to ensure normal seed development in response to variable temperatures.
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