Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Chương trình phiên mã của hạt lúa mì đang phát triển: nguồn tài nguyên để hiểu phát triển hạt và kiểm soát phân tử của các thuộc tính chức năng và dinh dưỡng của lúa mì
Tóm tắt
Lúa mì là một trong ba loại ngũ cốc chính đã được thuần hóa để nuôi sống dân số con người. Thành phần của hạt lúa mì quyết định các thuộc tính chức năng của lúa mì, bao gồm hiệu quả xay xát, sản xuất bánh mì và giá trị dinh dưỡng. Phân tích chương trình phiên mã của hạt lúa mì đang phát triển cung cấp cái nhìn quan trọng về cơ sở phân tử cho sự phát triển và chất lượng hạt. Chương trình phiên mã của 35 giống lúa mì đã được phân tích bằng RNA-Seq ở hai giai đoạn phát triển (14 và 30 ngày sau khi thụ phấn, dpa) tương ứng với giai đoạn giữa phát triển (giai đoạn Z75) và hạt gần trưởng thành (giai đoạn Z85). Tại 14dpa, hầu hết các bản sao được liên kết với việc tổng hợp các thành phần hạt chính bao gồm protein dự trữ và tinh bột. Tại 30dpa, một loạt gen khác nhau được biểu hiện ở mức thấp với sự chiếm ưu thế của các gen liên quan đến phòng thủ và khả năng chịu stress của hạt. Phân tích RNA-Seq về sự thay đổi biểu hiện giữa các giai đoạn 14dpa và 30dpa đã tiết lộ 26,477 bản sao có sự biểu hiện khác nhau đáng kể với giá trị p đã hiệu chỉnh FDR tại ngưỡng ≤0.01. Đánh giá chức năng và lập bản đồ gen ontology đã được thực hiện và lập bản đồ đường đi KEGG cho phép nhóm dựa trên các liên kết sinh hóa. Phân tích này đã chỉ ra rằng quang hợp liên quan đến vỏ hạt rất tích cực tại 14dpa nhưng đã ngừng lại vào 30dpa. Các gen gần đây được báo cáo về năng suất bột trong xay xát và chất lượng bánh mì đã được tìm thấy có ảnh hưởng lớn đến chất lượng lúa mì chủ yếu do mẫu biểu hiện ở giai đoạn phát triển hạt sớm trước đó. Nghiên cứu này đóng vai trò như một tài nguyên cung cấp cái nhìn tổng quan về sự biểu hiện gen trong quá trình phát triển hạt lúa mì ở giai đoạn sớm (14dpa) và muộn (30dpa) của quá trình làm đầy hạt nhằm sử dụng trong các nghiên cứu về chất lượng hạt và giá trị dinh dưỡng cũng như trong việc hiểu sinh học hạt.
Từ khóa
#lúa mì #chương trình phiên mã #phát triển hạt #chất lượng hạt #giá trị dinh dưỡngTài liệu tham khảo
Doebley JF, Gaut BS, Smith BD. The molecular genetics of crop domestication. Cell. 2006;127:1309–21.
Eversole K, Feuillet C, Mayer KF, Rogers J. Slicing the wheat genome. Science. 2014;345:285–7.
Wieser H. Chemistry of gluten proteins. Food Microbiol. 2007;24:115–9.
Young TE, Gallie DR. Programmed cell death during endosperm development. In: Programmed cell death in higher plants. Dordrecht: Springer; 2000. p. 39–57.
Sabelli PA, Larkins BA. The development of endosperm in grasses. Plant Physiol. 2009;149:14–26.
Fath A, Bethke P, Beligni V, Jones R. Active oxygen and cell death in cereal aleurone cells. J Exp Bot. 2002;53:1273–82.
Yu X, Yu H, Shao S, Zhang J, Zhou L, Zheng Y, Xiong F, Wang Z. Structural development of conducting cell and its functions in wheat caryopsis. Braz J Bot. 2015;38:401–9.
Evers T, Millar S. Cereal grain structure and development: some implications for quality. J Cereal Sci. 2002;36:261–84.
Rogers SO, Quatrano RS. Morphological staging of wheat caryopsis development. Am J Bot. 1983;70:308–11.
Manning B, Schulze K, McNee T. Grain development. In: White J, Edwards J, editors. Wheat growth & development. New South Wales: NSW Department of Primary Industries; 2008. p. 71–86. PROCROP Series.
Zadoks JC, Chang TT, Konzak CF. A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Res. 1974;14:415–21.
Loss S, Kirby E, Siddique K, Perry M. Grain growth and development of old and modern Australian wheats. Field Crop Res. 1989;21:131–46.
Robert P, Jamme F, Barron C, Bouchet B, Saulnier L, Dumas P, Guillon F. Change in wall composition of transfer and aleurone cells during wheat grain development. Planta. 2011;233:393–406.
Olsen O-A. Nuclear endosperm development in cereals and Arabidopsis Thaliana. Plant Cell Online. 2004;16:S214–27.
Lopes MA, Larkins BA. Endosperm origin, development, and function. Plant Cell. 1993;5:1383.
Olsen O-A, Linnestad C, Nichols SE. Developmental biology of the cereal endosperm. Trends Plant Sci. 1999;4:253–7.
Berger F. Endosperm development. Curr Opin Plant Biol. 1999;2:28–32.
Olsen O-A, Potter R, Kalla R. Histo-differentiation and molecular biology of developing cereal endosperm. Seed Sci Res. 1992;2:117–31.
Berger F. Endosperm: the crossroad of seed development. Curr Opin Plant Biol. 2003;6:42–50.
Zheng Y, Wang Z, Yang J, Gu Y. Observation and comparison of structure changes in wheat caryopsis maternal tissues and endosperm. Braz J Bot. 2015;38:417–27.
Xiong F, Yu X-R, Zhou L, Wang Z, Wang F, Xiong A-S. Structural development of aleurone and its function in common wheat. Mol Biol Rep. 2013;40:6785–92.
James MG, Denyer K, Myers AM. Starch synthesis in the cereal endosperm. Curr Opin Plant Biol. 2003;6:215–22.
Laudencia-Chingcuanco DL, Stamova BS, Lazo GR, Cui X, Anderson OD. Analysis of the wheat endosperm transcriptome. J Appl Genet. 2006;47:287–302.
Laudencia-Chingcuanco DL, Stamova BS, You FM, Lazo GR, Beckles DM, Anderson OD. Transcriptional profiling of wheat caryopsis development using cDNA microarrays. Plant Mol Biol. 2007;63:651–68.
Wan Y, Poole RL, Huttly AK, Toscano-Underwood C, Feeney K, Welham S, Gooding MJ, Mills C, Edwards KJ, Shewry PR. Transcriptome analysis of grain development in hexaploid wheat. BMC Genomics. 2008;9:121.
Pellny TK, Lovegrove A, Freeman J, Tosi P, Love CG, Knox JP, Shewry PR, Mitchell RA. Cell walls of developing wheat starchy endosperm: comparison of composition and RNA-Seq transcriptome. Plant Physiol. 2012;158:612–27.
Liu W, Zhihui W, Yufeng ZHANGDG, Yuzhou X, Weixia C, Haiying Z, Mingshan Y, Baoyun L. Transcriptome analysis of wheat grain using RNA-Seq. Front Agric Sci Eng. 2014;1:214–22.
Pfeifer M, Kugler KG, Sandve SR, Zhan B, Rudi H, Hvidsten TR, Mayer KF, Olsen O-A, Consortium IWGS. Genome interplay in the grain transcriptome of hexaploid bread wheat. Science. 2014;345:1250091.
Gillies SA, Futardo A, Henry RJ. Gene expression in the developing aleurone and starchy endosperm of wheat. Plant Biotechnol J. 2012;10:668–79.
Brocklehurst P. Factors controlling grain weight in wheat. Nature. 1977;266:348–9.
Conesa A, Götz S, García-Gómez JM, Terol J, Talón M, Robles M. Blast2GO: a universal tool for annotation, visualization and analysis in functional genomics research. Bioinformatics. 2005;21:3674–6.
Götz S, García-Gómez JM, Terol J, Williams TD, Nagaraj SH, Nueda MJ, Robles M, Talón M, Dopazo J, Conesa A. High-throughput functional annotation and data mining with the Blast2GO suite. Nucleic Acids Res. 2008;36:3420–35.
Kanehisa M, Goto S, Sato Y, Furumichi M, Tanabe M. KEGG for integration and interpretation of large-scale molecular data sets. Nucleic Acids Res. 2011;gkr988.
Kanehisa M, Goto S. KEGG: kyoto encyclopedia of genes and genomes. Nucleic Acids Res. 2000;28:27–30.
Furtado A, Bundock PC, Banks PM, Fox G, Yin X, Henry RJ. A novel highly differentially expressed gene in wheat endosperm associated with bread quality. Sci Rep. 2015;5:10446.
Rangan P, Furtado A, Henry RJ. New evience for grain specific C4 photosynthesis in wheat. Sci Rep. 2016;6:31721.
Peregrín-Alvarez JM, Sanford C, Parkinson J. The conservation and evolutionary modularity of metabolism. Genome Biol. 2009;10:R63.
Frey M, Schullehner K, Dick R, Fiesselmann A, Gierl A. Benzoxazinoid biosynthesis, a model for evolution of secondary metabolic pathways in plants. Phytochemistry. 2009;70:1645–51.
Kriedemann P. The photosynthetic activity of the wheat ear. Ann Bot. 1966;30:349–63.
Evans L, Rawson HM. Photosynthesis and respiration by the flag leaf and components of the ear during grain development in wheat. Aust J Biol Sci. 1970;23:245–54.
Rangan P, Furtado A, Henry RJ. C4 photosynthesis in wheat seed? Front Plant Sci. 2016;7:1537.
Douce R, Bourguignon J, Neuburger M, Rébeillé F. The glycine decarboxylase system: a fascinating complex. Trends Plant Sci. 2001;6:167–76.
Jabrin S, Ravanel S, Gambonnet B, Douce R, Rébeillé F. One-carbon metabolism in plants. Regulation of tetrahydrofolate synthesis during germination and seedling development. Plant Physiol. 2003;131:1431–9.
Oliver D. Photorespiration and the C2 cycle. In: Raghavendra AS, editor. Photosynthesis: a comprehensive treatise. Cambridge: Cambridge University Press; 2000. p. 173–82.
Moloney M. Pushing up average wheat yields. What can we achieve and how? In: Ivory A, editor. The Oxford farming conference: Oxford University. Oxfordshire: The Oxford University Press; 2013.
Furtado A. RNA extraction from developing or mature wheat seeds. In: Henry RJ, Furtado A, editors. Cereal genomics. Totowa: Humana Press; 2014. p. 23–8. [walker JM (Series Editor): Methods in Molecular Biology].