Research progress on the seed-shattering mechanism of Poaceae plants

doi:10.11686/cyxb2020579

Abstract

Abstract:

Seed shattering is an adaptive characteristic of wild plants for effective reproduction and population expansion， but it adversely affects seed production. The formation， development， and degradation of the abscission zone are the direct causes of seed shattering in plants. Plant hormones produce signals that promote or inhibit seed shattering. Cell wall hydrolases can cause the degradation of cells in the abscission zone. The occurrence of these processes is regulated by polygenes and the regulatory network is complex. Research on seed shattering has been carried out in rice， wheat， and other crops， but comparatively few studies have focused on forage grasses. In this paper， we review the latest advances in research on seed shattering in poaceous plants to provide a theoretical reference for in-depth exploration of seed-shattering mechanisms and species selection.

Key words: forage grass, seed, abscission zone, seed shattering, molecular mechanism

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	Tg	-	调控小麦颖壳硬度Regulate the glume hardness of wheat	［67］
	TtBtr1	-	调控小穗轴脆性Regulate the rachis brittleness	［68］
	Btr1-A	-	调控小穗轴脆性Regulate the rachis brittleness	［69］

物种 Species	基因 Gene	基因类型 Gene type	主要功能 Functions	参考文献Reference
水稻 O. sativa	OsGRF4	生长调节因子Growth-regulating factor	调控粒型、穗长，与种子落粒相关Regulate grain type and panicle length， and it is related to seed shattering	［54］
	Bh4	氨基酸转运蛋白Amino acid transporter	调控稻壳颜色，与落粒相关Regulate the color of rice husk， and it is related to seed shattering	［55］
	OsLG1	SBP结构域蛋白AQUAMOSA promoter binding protein	调控水稻穗型，与落粒相关Regulate panicle type of rice， and it is related to seed shattering	［56］
	Spr3	miRNA	调控花序结构Regulate inflorescence structure	［57］
	GL4	Myb类蛋白Myb-like protein	控制粒长和种子落粒Regulate grain length and seed shattering	［58］
大麦 H. vulgare	Btr1	膜结合蛋白Membrane binding protein	调控小穗轴脆性Regulate the rachis brittleness	［34］
大麦 H. vulgare	Btr2	可溶性蛋白Soluble protein	调控小穗轴脆性Regulate the rachis brittleness	［34］
小麦 T. aestivum	TaqSH1-D	BEL1类蛋白BEL1-like protein	调控小穗轴脆性Regulate the rachis brittleness	［14］
	Q	AP2家族转录因子APETALA2 transcription factor	调控小麦颖壳硬度Regulate the glume hardness of wheat	［60］
	Tg	-	调控小麦颖壳硬度Regulate the glume hardness of wheat	［67］
	TtBtr1	-	调控小穗轴脆性Regulate the rachis brittleness	［68］
	Btr1-A	-	调控小穗轴脆性Regulate the rachis brittleness	［69］

物种 Species	基因 Gene	基因类型 Gene type	主要功能 Functions	参考文献 Reference
水稻 O. sativa	qSH1	同源异型结构域转录因子Homeodomain transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［3］
	SH5	同源异型结构域转录因子Homeodomain transcription factor	调控离区发育和木质素合成Regulate the development of abscission zone and lignin biosynthesis	［9］
	OsSh1	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［15］
	SSH1	AP2转录因子APETALA2 transcription factor	调控离区和维管束发育Regulate the development of abscission zone and vascular bundle	［59］
	ObSH3	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［73］
	SH6（t）	-	调控离层的降解Regulate the degradation of the abscission layer	［74］
	OsCPL1	羧基末端结构域磷酸酶基因CTD phosphatase-like gene	抑制离层细胞分化Inhibit the differentiation of abscission layer	［75］
	SHAT1	AP2转录因子APETALA2 transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［76］
	qCSS3	-	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［79］
	SH4	GT-1类三螺旋DNA结构域转录因子GT-1-like trihelix transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［81］
	qSH3	-	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［85］
小麦 T. aestivum	TaqSH1	BEL1类蛋白BEL1-like protein	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［87］
高粱S. bicolor	Sh1	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［15］
玉米 Zea mays	ZmSh1-1	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［15］
玉米 Zea mays	ZmSh1-5	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［15］
蒙古冰草 A.mongolicum	Amsh1-1	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［89］
蒙古冰草 A.mongolicum	Amsh1-2	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［89］
狗尾草 S. viridis	SvLES1	MYB家族转录因子MYB transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［90］

物种 Species	基因 Gene	基因类型 Gene type	主要功能 Functions	参考文献 Reference
水稻 O. sativa	qSH1	同源异型结构域转录因子Homeodomain transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［3］
	SH5	同源异型结构域转录因子Homeodomain transcription factor	调控离区发育和木质素合成Regulate the development of abscission zone and lignin biosynthesis	［9］
	OsSh1	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［15］
	SSH1	AP2转录因子APETALA2 transcription factor	调控离区和维管束发育Regulate the development of abscission zone and vascular bundle	［59］
	ObSH3	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［73］
	SH6（t）	-	调控离层的降解Regulate the degradation of the abscission layer	［74］
	OsCPL1	羧基末端结构域磷酸酶基因CTD phosphatase-like gene	抑制离层细胞分化Inhibit the differentiation of abscission layer	［75］
	SHAT1	AP2转录因子APETALA2 transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［76］
	qCSS3	-	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［79］
	SH4	GT-1类三螺旋DNA结构域转录因子GT-1-like trihelix transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［81］
	qSH3	-	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［85］
小麦 T. aestivum	TaqSH1	BEL1类蛋白BEL1-like protein	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［87］
高粱S. bicolor	Sh1	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［15］
玉米 Zea mays	ZmSh1-1	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［15］
玉米 Zea mays	ZmSh1-5	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［15］
蒙古冰草 A.mongolicum	Amsh1-1	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［89］
蒙古冰草 A.mongolicum	Amsh1-2	YABBY家族转录因子YABBY family transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［89］
狗尾草 S. viridis	SvLES1	MYB家族转录因子MYB transcription factor	调控离区发育Regulate the development of abscission zone	［90］

物种 Species	基因 Gene	基因类型 Gene type	主要功能 Functions	参考文献 Reference
水稻 O. sativa	OSH15	KNOX蛋白KNOX protein	调控木质素生物合成Regulate lignin biosynthesis	［86］
	OsXTH8	木葡聚糖内转糖基酶/水解酶基因Xyloglucan endotransglucosylases/hydrolases gene	参与细胞壁修饰Participated in the cell wall modification process	［97］
	OsCel9D	葡聚糖内切酶基因Endo-1，4-β-D-glucanase gene	调控节间伸长，影响细胞壁成分Regulate internode elongation and affect cell wall composition	［98］
	SHA1	植物三螺旋DNA结构域转录因子Plant Trihelix transcription factor	调控离层细胞壁的降解Regulate the degradation of the abscission layer cell wall	［99］
高粱方正汇总行S. bicolor	SpWRKY	WRKY家族转录因子WRKY family transcription factor	调控细胞壁生物合成Regulates cell wall biosynthesis	［100］