Published July 30, 2018
| Version v1
Publication
Open
SiSTL2 Is Required for Cell Cycle, Leaf Organ Development, Chloroplast Biogenesis, and Has Effects on C4 Photosynthesis in Setaria italica (L.) P. Beauv.
Creators
- 1. Institute of Crop Sciences
- 2. Chinese Academy of Agricultural Sciences
Description
Deoxycytidine monophosphate deaminase (DCD) is a key enzyme in the de novo dTTP biosynthesis pathway. Previous studies have indicated that DCD plays key roles in the maintenance of the balance of dNTP pools, cell cycle progression, and plant development. However, few studies have elucidated the functions of the DCD gene in Panicoideae plants. Setaria has been proposed as an ideal model of Panicoideae grasses, especially for C4 photosynthesis research. Here, a Setaria italica stripe leaf mutant (sistl2) was isolated from EMS-induced lines of "Yugu1," the wild-type parent. The sistl2 mutant exhibited semi-dwarf, striped leaves, abnormal chloroplast ultrastructure, and delayed cell cycle progression compared with Yugu1. High-throughput sequencing and map-based cloning identified the causal gene SiSTL2, which encodes a DCD protein. The occurrence of a single-base G to A substitution in the fifth intron introduced alternative splicing, which led to the early termination of translation. Further physiological and transcriptomic investigation indicated that SiSTL2 plays an essential role in the regulation of chloroplast biogenesis, cell cycle, and DNA replication, which suggested that the gene has conserved functions in both foxtail millet and rice. Remarkably, in contrast to DCD mutants in C3 rice, sistl2 showed a significant reduction in leaf cell size and affected C4 photosynthetic capacity in foxtail millet. qPCR showed that SiSTL2 had a similar expression pattern to typical C4 genes in response to a low CO2 environment. Moreover, the loss of function of SiSTL2 resulted in a reduction of leaf 13C content and the enrichment of DEGs in photosynthetic carbon fixation. Our research provides in-depth knowledge of the role of DCD in the C4 photosynthesis model S. italica and proposed new directions for further study of the function of DCD.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ديوكسيسيتيدين مونوفوسفات دي أميناز (دي سي دي) هو إنزيم رئيسي في مسار التخليق الحيوي دي نوفو دي تي تي بي. أشارت الدراسات السابقة إلى أن DCD تلعب أدوارًا رئيسية في الحفاظ على توازن أحواض dNTP، وتطور دورة الخلية، وتطوير النبات. ومع ذلك، أوضحت دراسات قليلة وظائف جين DCD في نباتات Panicoideae. تم اقتراح السيتاريا كنموذج مثالي للأعشاب البانيكويدية، خاصة لأبحاث التمثيل الضوئي C4. هنا، تم عزل متحول أوراق سيتاريا إيطاليكا (sistl 2) من الخطوط التي يسببها EMS من "Yugu 1"، الوالد من النوع البري. أظهرت الطفرة sistl2 شبه قزم، وأوراق مخططة، وبنية بلاستيدات خضراء غير طبيعية، وتأخر في تقدم دورة الخلية مقارنة بـ Yugu 1. حدد التسلسل عالي الإنتاجية والاستنساخ القائم على الخرائط الجين السببي SiSTL2، الذي يشفر بروتين DCD. أدى حدوث استبدال أحادي القاعدة من G إلى A في الإنترون الخامس إلى إدخال ربط بديل، مما أدى إلى الإنهاء المبكر للترجمة. أشارت المزيد من الفحوصات الفسيولوجية والنسخية إلى أن SiSTL2 يلعب دورًا أساسيًا في تنظيم التكوين الحيوي للبلاستيدات الخضراء ودورة الخلية وتكاثر الحمض النووي، مما يشير إلى أن الجين قد حافظ على وظائفه في كل من ذيل الثعلب الدخن والأرز. بشكل ملحوظ، على النقيض من طفرات DCD في أرز C3، أظهرت sistl2 انخفاضًا كبيرًا في حجم الخلايا الورقية وأثرت على قدرة التمثيل الضوئي C4 في دخن ذيل الثعلب. أظهر qPCR أن SiSTL2 كان له نمط تعبير مماثل لجينات C4 النموذجية استجابة لبيئة منخفضة ثاني أكسيد الكربون. علاوة على ذلك، أدى فقدان وظيفة SiSTL2 إلى تقليل محتوى الورقة 13C وإثراء DEGs في تثبيت الكربون الضوئي. يوفر بحثنا معرفة متعمقة بدور DCD في نموذج التمثيل الضوئي C4 S. italica والاتجاهات الجديدة المقترحة لمزيد من الدراسة لوظيفة DCD.Translated Description (French)
La désoxycytidine monophosphate désaminase (DCD) est une enzyme clé dans la voie de biosynthèse de novo du dTTP. Des études antérieures ont indiqué que la DCD joue un rôle clé dans le maintien de l'équilibre des pools de dNTP, la progression du cycle cellulaire et le développement des plantes. Cependant, peu d'études ont élucidé les fonctions du gène DCD chez les plantes Panicoideae. Setaria a été proposé comme modèle idéal de graminées Panicoideae, en particulier pour la recherche sur la photosynthèse C4. Ici, un mutant de feuille à rayures Setaria italica (sistl2) a été isolé à partir de lignées induites par l'EMS de « Yugu1 », le parent de type sauvage. Le mutant sistl2 présentait des feuilles semi-naines rayées, une ultrastructure chloroplastique anormale et une progression du cycle cellulaire retardée par rapport à Yugu1. Le séquençage à haut débit et le clonage basé sur la carte ont identifié le gène causal SiSTL2, qui code pour une protéine DCD. L'apparition d'une substitution G à A à base unique dans le cinquième intron a introduit un épissage alternatif, ce qui a conduit à la fin précoce de la traduction. Des recherches physiologiques et transcriptomiques supplémentaires ont indiqué que SiSTL2 joue un rôle essentiel dans la régulation de la biogenèse des chloroplastes, du cycle cellulaire et de la réplication de l'ADN, ce qui suggère que le gène a conservé des fonctions à la fois dans le millet à queue de renard et dans le riz. Remarquablement, contrairement aux mutants DCD dans le riz C3, sistl2 a montré une réduction significative de la taille des cellules foliaires et a affecté la capacité photosynthétique C4 dans le millet queue de renard. qPCR a montré que SiSTL2 avait un modèle d'expression similaire aux gènes C4 typiques en réponse à un environnement à faible taux de CO2. De plus, la perte de fonction de SiSTL2 a entraîné une réduction de la teneur en 13C de la feuille et l'enrichissement des DEG dans la fixation du carbone photosynthétique. Notre recherche fournit des connaissances approfondies sur le rôle de la DCD dans le modèle de photosynthèse C4 S. italica et propose de nouvelles orientations pour une étude plus approfondie de la fonction de la DCD.Translated Description (Spanish)
La desoxicitidina monofosfato desaminasa (DCD) es una enzima clave en la vía de biosíntesis de dTTP de novo. Estudios previos han indicado que el DCD desempeña un papel clave en el mantenimiento del equilibrio de los grupos de dNTP, la progresión del ciclo celular y el desarrollo de las plantas. Sin embargo, pocos estudios han dilucidado las funciones del gen DCD en plantas Panicoideae. Setaria se ha propuesto como un modelo ideal de gramíneas Panicoideae, especialmente para la investigación de la fotosíntesis C4. Aquí, se aisló un mutante de hoja de franja de Setaria italica (sistl2) de las líneas inducidas por EMS de "Yugu1", el progenitor de tipo salvaje. El mutante sistl2 mostró hojas semienanas rayadas, ultraestructura anormal de cloroplastos y progresión retrasada del ciclo celular en comparación con Yugu1. La secuenciación de alto rendimiento y la clonación basada en mapas identificaron el gen causal SiSTL2, que codifica una proteína DCD. La aparición de una sustitución de una sola base G por A en el quinto intrón introdujo un empalme alternativo, lo que llevó a la terminación temprana de la traducción. Otras investigaciones fisiológicas y transcriptómicas indicaron que SiSTL2 desempeña un papel esencial en la regulación de la biogénesis del cloroplasto, el ciclo celular y la replicación del ADN, lo que sugirió que el gen tiene funciones conservadas tanto en el mijo cola de zorro como en el arroz. Sorprendentemente, en contraste con los mutantes DCD en arroz C3, sistl2 mostró una reducción significativa en el tamaño de las células foliares y afectó la capacidad fotosintética de C4 en mijo cola de zorro. qPCR mostró que SiSTL2 tenía un patrón de expresión similar a los genes C4 típicos en respuesta a un entorno de bajo CO2. Además, la pérdida de función de SiSTL2 resultó en una reducción del contenido de 13C de la hoja y el enriquecimiento de DEG en la fijación fotosintética de carbono. Nuestra investigación proporciona un conocimiento profundo del papel de DCD en el modelo de fotosíntesis C4 S. italica y propuso nuevas direcciones para un mayor estudio de la función de DCD.Files
pdf.pdf
Files
(7.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e1530f0774ca6fe29864b0c5c47a9aa1
|
7.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- SiSTL2 مطلوب لدورة الخلية، وتطوير الأعضاء الورقية، والتكوين الحيوي للبلاستيدات الخضراء، وله تأثيرات على التمثيل الضوئي C4 في سيتاريا إيطاليا (L.) P. Beauv.
- Translated title (French)
- SiSTL2 est requis pour le cycle cellulaire, le développement des organes foliaires, la biogenèse des chloroplastes et a des effets sur la photosynthèse de C4 chez Setaria italica (L.) P. Beauv.
- Translated title (Spanish)
- Se requiere SiSTL2 para el ciclo celular, el desarrollo de órganos foliares, la biogénesis de cloroplastos y tiene efectos sobre la fotosíntesis de C4 en Setaria italica (L.) P. Beauv.
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2885651631
- DOI
- 10.3389/fpls.2018.01103
References
- https://openalex.org/W116253160
- https://openalex.org/W1583310787
- https://openalex.org/W1917497482
- https://openalex.org/W1948722685
- https://openalex.org/W1971558110
- https://openalex.org/W1981784972
- https://openalex.org/W1986001139
- https://openalex.org/W1987348130
- https://openalex.org/W1987969625
- https://openalex.org/W1992048328
- https://openalex.org/W2004234209
- https://openalex.org/W2004793751
- https://openalex.org/W2015762875
- https://openalex.org/W2025817110
- https://openalex.org/W2033332006
- https://openalex.org/W2033891583
- https://openalex.org/W2044480169
- https://openalex.org/W2052875943
- https://openalex.org/W2084799820
- https://openalex.org/W2094961514
- https://openalex.org/W2096189572
- https://openalex.org/W2101541784
- https://openalex.org/W2105275601
- https://openalex.org/W2110042422
- https://openalex.org/W2112328499
- https://openalex.org/W2119889772
- https://openalex.org/W2122449457
- https://openalex.org/W2124189495
- https://openalex.org/W2125437101
- https://openalex.org/W2126097557
- https://openalex.org/W2129847122
- https://openalex.org/W2140183482
- https://openalex.org/W2142808389
- https://openalex.org/W2157410227
- https://openalex.org/W2164123369
- https://openalex.org/W2165372072
- https://openalex.org/W2170602812
- https://openalex.org/W2171198297
- https://openalex.org/W2171614076
- https://openalex.org/W2194381368
- https://openalex.org/W2326949643
- https://openalex.org/W2475242744
- https://openalex.org/W2493053803
- https://openalex.org/W2553762993
- https://openalex.org/W2620894629
- https://openalex.org/W2621229178
- https://openalex.org/W2676711878
- https://openalex.org/W2742784586
- https://openalex.org/W2766608983
- https://openalex.org/W2768767645
- https://openalex.org/W7004657