Тримерный комплекс TaNF-Y балансирует урожайность и качество зерна пшеницы
Селекционные усилия интенсивно сосредоточены на улучшении урожайности и качества зерна пшеницы (Triticum aestivum L.). Содержание и состав зернового крахмала и запасных белков семени (seed storage protein, SSP) — два критических фактора, определяющих урожайность и качество зерна. Содержание крахмала тесно связано с массой зерна, а содержание и состав SSP напрямую влияют на качество муки. Однако часто наблюдается отрицательная корреляция между содержанием SSP (качество) и содержанием крахмала (урожайность).
Группа исследователей под руководством Сяо Цзюня из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук идентифицировала тримерный комплекс TaNF-Y, который может одновременно регулировать биосинтез крахмала и SSP.
Результаты исследования были опубликованы онлайн 18 сентября 2024 года в журнале The Plant Cell под заголовком "NUCLEAR FACTOR-Y-POLYCOMB REPRESSIVE COMPLEX2 dynamically orchestrates starch and seed storage protein biosynthesis in wheat."
Предыдущие исследования сообщали о транскрипционной регуляции генов, кодирующих SSP пшеницы, и генов, кодирующих ферменты биосинтеза крахмала. Однако мало что известно о том, как факторы транскрипции регулируют накопление как SSP, так и крахмала и координируют баланс между качеством и урожайностью.
TaNF-Y включает TaNF-YA3-D, TaNF-YB7-B и TaNF-YC6-B. Эти тримерные комплексы прямо или косвенно регулируют синтез SSP и крахмала, изменяя собственные паттерны транскрипции.
«Снижение содержания крахмала и увеличение содержания запасных белков наблюдалось после сайленсинга генов TaNF-YA3 и TaNF-YC6 с использованием технологии РНК-интерференции», — сказал профессор Сяо.
Дальнейший анализ показал, что тримерный комплекс TaNF-Y взаимодействует с Polycomb Repressive Complexes 2 (PRC2), рекрутируя модификации гистона H3K27me3 и ингибируя транскрипцию генов, кодирующих SSP, TaLMW-400 и TaGli-γ-700, а также негативного регулятора генов, кодирующих крахмал, TaNAC019. Таким образом, он напрямую регулирует SSP пшеницы и косвенно регулирует накопление крахмала.
Кроме того, естественные вариации в кодирующей области TaNF-YB7-B влияют на его взаимодействие с PRC2, причем гаплотип TaNF-YB7-BHap2 демонстрирует более высокое содержание крахмала и более низкое содержание SSP. Этот гаплотип был позитивно отобран в процессе селекции, что согласуется с целью повышения урожайности в селекционном процессе Китая.