Published September 22, 2021 | Version v1
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Rice LEAFY COTYLEDONE1 regulates embryonic envelope development and chlorophyll biogenesis in embryo

Creators

  • 1. Yangzhou University
  • 2. China National Rice Research Institute

Description

Abstract The scutellum, coleoptile, coleorhiza, and epiblast (if it exists) consist of a complex embryonic envelope to protect the plumule and radicle inside a grass embryo. Controversies have been provoked for centuries regarding homologies of the grass embryonic structures. Here we found that the rice LEAFY COTYLEDONE1 (LEC1) gene, OsNF-YB7, is vital for embryo development. A leaf-like structure (LL) was developed from the scutellum of osnf-yb7 to replace the embryonic envelope that formed in wild-type. Additionally, osnf-yb7 developed chloroembryos due to overactivated chlorophyll biosynthesis. Thus, OsNF-YB7 likely plays a dual role in chlorophyll biogenesis in rice embryos: (1) OsNF-YB7 directly represses genes, such as rice GOLDED-LIKE1 (OsGLK1), involving chlorophyll biosynthesis; (2) OsNF-YB7 binds to OsGLK1 to repress the downstream genes of OsGLK1. Parallel phenotypes shown in osnf-yb7 and lec1 suggest functional conservation of the LEC1-type genes in plants. Both lec1 cotyledons and osnf-yb7 LL displayed true leaf characteristics. Our morphological and transcriptional evidence implied that LL replaces the embryonic envelope in osnf-yb7, raising the hypothesis that the grass embryonic envelope is an analog of Arabidopsis cotyledon. This study demonstrates that OsNF-YB7 acts as a negative regulator in chlorophyll biogenesis and is important for embryonic envelope formation.

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Translated Description (Arabic)

الخلاصة يتكون كيس الصفن والجذع الغمدي والجذع الغمدي والأرومة الظهارية (إن وجدت) من غلاف جنيني معقد لحماية الريش والجذر داخل جنين عشب. وقد أثيرت الخلافات لعدة قرون فيما يتعلق بتماثل الهياكل الجنينية للعشب. هنا وجدنا أن جين COTYLEDONE1 (LEC1) الورقي للأرز، OsNF - YB7، حيوي لنمو الجنين. تم تطوير بنية شبيهة بالأوراق (LL) من كيس أوسنف- yb7 لتحل محل الغلاف الجنيني الذي تشكل في النوع البري. بالإضافة إلى ذلك، طور osnf - yb7 أجنة خضراء بسبب الإفراط في تخليق الكلوروفيل الحيوي. وبالتالي، من المحتمل أن يلعب OsNF - YB7 دورًا مزدوجًا في التكوين الحيوي للكلوروفيل في أجنة الأرز: (1) يقوم OsNF - YB7 بقمع الجينات بشكل مباشر، مثل الأرز GOLDED - LIKE1 (OsGLK1)، الذي يتضمن التخليق الحيوي للكلوروفيل ؛ (2) يرتبط OsNF - YB7 بـ OsGLK1 لقمع الجينات النهائية لـ OsGLK1. تشير الأنماط الظاهرية المتوازية الموضحة في osnf - yb7 و lec1 إلى الحفظ الوظيفي للجينات من نوع LEC1 في النباتات. أظهر كل من lec 1 cotyledons و osnf - yb 7 LL خصائص ورقة حقيقية. تشير أدلتنا المورفولوجية والنسخية إلى أن LL تحل محل الغلاف الجنيني في osnf - yb7، مما يثير الفرضية القائلة بأن الغلاف الجنيني للعشب هو نظير لأرابيدوبسيس cotyledon. توضح هذه الدراسة أن OsNF - YB7 يعمل كمنظم سلبي في التكوين الحيوي للكلوروفيل وهو مهم لتكوين الغلاف الجنيني.

Translated Description (French)

Résumé Le scutellum, le coléoptile, le coléorhiza et l'épiblaste (s'il existe) sont constitués d'une enveloppe embryonnaire complexe pour protéger la plumule et la radicule à l'intérieur d'un embryon d'herbe. Des controverses ont été provoquées pendant des siècles concernant les homologies des structures embryonnaires de l'herbe. Ici, nous avons constaté que le gène COTYLEDONE1 (LEC1) À FEUILLES de riz, OsNF-YB7, est vital pour le développement de l'embryon. Une structure foliaire (LL) a été développée à partir du scutellum de l'osnf-yb7 pour remplacer l'enveloppe embryonnaire qui s'est formée dans le type sauvage. De plus, osnf-yb7 a développé des chloroembryons en raison de la biosynthèse de la chlorophylle suractivée. Ainsi, OsNF-YB7 joue probablement un double rôle dans la biogenèse de la chlorophylle dans les embryons de riz : (1) OsNF-YB7 réprime directement les gènes, tels que le riz GOLDED-LIKE1 (OsGLK1), impliquant la biosynthèse de la chlorophylle ; (2) OsNF-YB7 se lie à OsGLK1 pour réprimer les gènes en aval de OsGLK1. Les phénotypes parallèles montrés dans osnf-yb7 et lec1 suggèrent une conservation fonctionnelle des gènes de type LEC1 chez les plantes. Les cotylédons lec1 et osnf-yb7 LL présentaient tous deux de véritables caractéristiques foliaires. Nos preuves morphologiques et transcriptionnelles impliquent que LL remplace l'enveloppe embryonnaire dans osnf-yb7, ce qui soulève l'hypothèse que l'enveloppe embryonnaire de l'herbe est un analogue du cotylédon d'Arabidopsis. Cette étude démontre que l'OsNF-YB7 agit comme un régulateur négatif dans la biogenèse de la chlorophylle et est important pour la formation de l'enveloppe embryonnaire.

Translated Description (Spanish)

Resumen El escutelo, coleóptil, coleorhiza y epiblasto (si existe) consisten en una envoltura embrionaria compleja para proteger la plúmula y la radícula dentro de un embrión de hierba. Las controversias han sido provocadas durante siglos con respecto a las homologías de las estructuras embrionarias de la hierba. Aquí encontramos que el gen COTYLEDONE1 (LEC1) de HOJA de arroz, OsNF-YB7, es vital para el desarrollo embrionario. Se desarrolló una estructura similar a una hoja (LL) a partir del escutelo de osnf-yb7 para reemplazar la envoltura embrionaria que se formó en el tipo salvaje. Además, osnf-yb7 desarrolló cloroembriones debido a la biosíntesis de clorofila sobreactivada. Por lo tanto, OsNF-YB7 probablemente desempeña un doble papel en la biogénesis de la clorofila en embriones de arroz: (1) OsNF-YB7 reprime directamente genes, como GOLDED-LIKE1 de arroz (OsGLK1), lo que implica la biosíntesis de clorofila; (2) OsNF-YB7 se une a OsGLK1 para reprimir los genes posteriores de OsGLK1. Los fenotipos paralelos mostrados en osnf-yb7 y lec1 sugieren una conservación funcional de los genes de tipo LEC1 en las plantas. Tanto los cotiledones lec1 como osnf-yb7 LL mostraron características foliares verdaderas. Nuestra evidencia morfológica y transcripcional implicó que LL reemplaza la envoltura embrionaria en osnf-yb7, lo que plantea la hipótesis de que la envoltura embrionaria de gramíneas es un análogo del cotiledón de Arabidopsis. Este estudio demuestra que OsNF-YB7 actúa como un regulador negativo en la biogénesis de la clorofila y es importante para la formación de la envoltura embrionaria.

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Translated title (Arabic)
ينظم COTYLEDONE1 الورقي نمو الغلاف الجنيني والتكوين الحيوي للكلوروفيل في الجنين
Translated title (French)
La COTYLEDONE1 FEUILLUE du riz régule le développement de l'enveloppe embryonnaire et la biogenèse de la chlorophylle chez l'embryon
Translated title (Spanish)
COTYLEDONE1 DE HOJA DE arroz regula EL desarrollo DE LA envoltura embrionaria Y LA biogénesis DE LA clorofila EN EL embrión

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3200753396
DOI
10.21203/rs.3.rs-888827/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W87711462 (Other)
https://openalex.org/W4388602509 (Other)
https://openalex.org/W4294896829 (Other)
https://openalex.org/W4248395923 (Other)
https://openalex.org/W3184679066 (Other)
https://openalex.org/W3031814987 (Other)
https://openalex.org/W2328686192 (Other)
https://openalex.org/W2050173793 (Other)
https://openalex.org/W2007829081 (Other)
https://openalex.org/W1986300994 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W3127121386