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1.
Nat Commun ; 12(1): 2378, 2021 04 22.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33888716

RESUMO

Structural variation in plant genomes is a significant driver of phenotypic variability in traits important for the domestication and productivity of crop species. Among these are traits that depend on functional meristems, populations of stem cells maintained by the CLAVATA-WUSCHEL (CLV-WUS) negative feedback-loop that controls the expression of the WUS homeobox transcription factor. WUS function and impact on maize development and yield remain largely unexplored. Here we show that the maize dominant Barren inflorescence3 (Bif3) mutant harbors a tandem duplicated copy of the ZmWUS1 gene, ZmWUS1-B, whose novel promoter enhances transcription in a ring-like pattern. Overexpression of ZmWUS1-B is due to multimerized binding sites for type-B RESPONSE REGULATORs (RRs), key transcription factors in cytokinin signaling. Hypersensitivity to cytokinin causes stem cell overproliferation and major rearrangements of Bif3 inflorescence meristems, leading to the formation of ball-shaped ears and severely affecting productivity. These findings establish ZmWUS1 as an essential meristem size regulator in maize and highlight the striking effect of cis-regulatory variation on a key developmental program.


Assuntos
Proteínas de Homeodomínio/genética , Inflorescência/crescimento & desenvolvimento , Proteínas de Plantas/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Zea mays/crescimento & desenvolvimento , Produtos Agrícolas/genética , Produtos Agrícolas/crescimento & desenvolvimento , Citocininas/metabolismo , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Regulação da Expressão Gênica de Plantas , Proteínas de Homeodomínio/metabolismo , Inflorescência/citologia , Meristema/crescimento & desenvolvimento , Mutagênese , Mutação , Proteínas de Plantas/metabolismo , Plantas Geneticamente Modificadas , Locos de Características Quantitativas , RNA-Seq , Transdução de Sinais/genética , Células-Tronco , Fatores de Transcrição/genética , Zea mays/genética
2.
Proc Natl Acad Sci U S A ; 112(43): 13372-7, 2015 Oct 27.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-26464512

RESUMO

In plants, small groups of pluripotent stem cells called axillary meristems are required for the formation of the branches and flowers that eventually establish shoot architecture and drive reproductive success. To ensure the proper formation of new axillary meristems, the specification of boundary regions is required for coordinating their development. We have identified two maize genes, BARREN INFLORESCENCE1 and BARREN INFLORESCENCE4 (BIF1 and BIF4), that regulate the early steps required for inflorescence formation. BIF1 and BIF4 encode AUXIN/INDOLE-3-ACETIC ACID (Aux/IAA) proteins, which are key components of the auxin hormone signaling pathway that is essential for organogenesis. Here we show that BIF1 and BIF4 are integral to auxin signaling modules that dynamically regulate the expression of BARREN STALK1 (BA1), a basic helix-loop-helix (bHLH) transcriptional regulator necessary for axillary meristem formation that shows a striking boundary expression pattern. These findings suggest that auxin signaling directly controls boundary domains during axillary meristem formation and define a fundamental mechanism that regulates inflorescence architecture in one of the most widely grown crop species.


Assuntos
Flores/citologia , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento/fisiologia , Regulação da Expressão Gênica de Plantas/fisiologia , Ácidos Indolacéticos/metabolismo , Meristema/metabolismo , Transdução de Sinais/fisiologia , Zea mays/crescimento & desenvolvimento , Teorema de Bayes , Clonagem Molecular , Biologia Computacional , Primers do DNA/genética , Ensaio de Desvio de Mobilidade Eletroforética , Flores/crescimento & desenvolvimento , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento/genética , Regulação da Expressão Gênica de Plantas/genética , Hibridização In Situ , Meristema/crescimento & desenvolvimento , Modelos Genéticos , Filogenia , Proteínas de Plantas/genética , Proteínas de Plantas/metabolismo , Reação em Cadeia da Polimerase em Tempo Real
3.
Plant Cell ; 23(5): 1756-71, 2011 May.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-21540434

RESUMO

Ears are the seed-bearing inflorescences of maize (Zea mays) plants and represent a crucial component of maize yield. The first step in the formation of ears is the initiation of axillary meristems in the axils of developing leaves. In the classic maize mutant barren stalk fastigiate1 (baf1), first discovered in the 1950s, ears either do not form or, if they do, are partially fused to the main stalk. We positionally cloned Baf1 and found that it encodes a transcriptional regulator containing an AT-hook DNA binding motif. Single coorthologs of Baf1 are found in syntenic regions of brachypodium (Brachypodium distachyon), rice (Oryza sativa), and sorghum (Sorghum bicolor), suggesting that the gene is likely present in all cereal species. Protein-protein interaction assays suggest that BAF1 is capable of forming homodimers and heterodimers with other members of the AT-hook family. Another transcriptional regulator required for ear initiation is the basic helix-loop-helix protein BARREN STALK1 (BA1). Genetic and expression analyses suggest that Baf1 is required to reach a threshold level of Ba1 expression for the initiation of maize ears. We propose that Baf1 functions in the demarcation of a boundary region essential for the specification of a stem cell niche.


Assuntos
Inflorescência/embriologia , Meristema/embriologia , Proteínas de Plantas/metabolismo , Zea mays/embriologia , Motivos AT-Hook , Sequência de Aminoácidos , Sequência de Bases , Brachypodium/genética , Proteínas de Ligação a DNA , Genes de Plantas/genética , Inflorescência/anatomia & histologia , Inflorescência/genética , Meristema/anatomia & histologia , Meristema/genética , Dados de Sequência Molecular , Mutação , Oryza/genética , Fenótipo , Filogenia , Proteínas de Plantas/genética , Mapas de Interação de Proteínas , Multimerização Proteica , Análise de Sequência de DNA , Sorghum/genética , Sintenia , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Zea mays/genética , Zea mays/metabolismo
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