OsHXK3 mã hóa protein hexokinase có vai trò điều tiết tính trạng kích thước hạt lúa

 OsHXK3 mã hóa protein hexokinase có vai trò điều tiết tính trạng kích thước hạt lúa

Nguồn: Peng Yun, Yibo Li, Bian Wu, Yun Zhu, Kaiyue Wang, Pingbo Li, Guanjun Gao, Qinglu Zhang, Xianghua Li, Zefu Li & Yuqing He. 2022. OsHXK3 encodes a hexokinase-like protein that positively regulates grain size in rice. Theoretical and Applied Genetics October 2022; vol. 135: 3417–3431

Người ta ghi nhận và định tính gen SNG1, thông qua phương pháp “map-based cloning” và xác định chức năng của gen mã hóa protein OsHXK3, một hexokinase-like protein có vai trò quan trọng trong điều khiển kích thức hạt thóc.

Tính trạng kích thước hạt thóc la tính trạng nông học quan trọng xác định năng suất lúa và sự biểu hiện bên ngoài phẩm chất hạt gạo. Ở đây, người ta ghi nhận một khám phá ra đột biến short and narrow grain1 (sng1) làm giảm chiều dài, chiều rộng và khối lượng hạt. Người ta tiến hành phương pháp map-based cloning cho kết quả là: kiểu hình đột biến ấy được tạo ra bởi hình thức “loss of function” của gen OsHXK3 gen này mã hóa hexokinase-like (HKL) protein. OsHXK3 được kết gắn với ty thể bộ (mitochondria) và được phân bố trong giai đoạn protein phân rã thành amino acid (ubiquitously distributed) ở nhiều cơ quan khác nhau, ưu tiên cho những cơ quan còn non. Phân tích hoạt động “phosphoryl hóa glucose (Glc)” của bông lúa non và protoplasts; kết quả chỉ ra rằng OsHXK3 là một protein “non-catalytic hexokinase” (HXK). Sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsHXK3 không thể bù cho gen đột biến Arabidopsis glucose insensitive2-1 (gin2-1), như vậy OsHXK3 thiếu hoạt động truyền tín hiệu của Glc. Phân tích bằng kỹ thuật “scanning electron microscopy” cho thấy gen OsHXK3 ảnh hưởng đến tính trạng kích thước hạt thông qua tăng cường sự phát triển tế bào võ trấn của hóa lúa. Knockout chín gen OsHXK ngoại trừ gen OsHXK3 không làm thay đổi kích thước hạt lúa, như vậy chức năng của những gen OsHXKs biến thiên hết sức khác nhau trong cây lúa. OsHXK3 ảnh hưởng đến sinh tổng hợp gibberellin (GA) và hiện tượng sinh lý homeostasis. So sánh với cây lúa WT (wild type), gen OsGA3ox2 điều tiết có ý nghĩa theo kiểu “up” và gen OsGA2ox1 theo kiểu “down” ở bông lúa non có gen sng1, hàm lượng của Gas hoạt tính cao giảm đi đáng kể trong bông lúa non của cây lúa đột biến. Năng suất hạt trên mỗi cây lúa thuộc dòng lúa biểu hiện mạnh mẽ gen OsHXK3  (dòng OE-4 và dòng OE-35) tăng lên 10,91% và 7,62%, theo thứ tự, so với cây lúa wild type. Kết quả này minh chứng rằng thiếu men xúc tác HXK và chức năng nhạy cảm có vai trò quan trọng trong tính trạng kích thước hạt và có tiềm năng làm tăng năng suất lúa.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04189-7