The role of BELL transcription factors in tuber induction of potato (Solanum tuberosum)

Abstract

Potato tuberization-the formation of tubers from stolon tips-is regulated by a complex interplay of genetic, metabolic, and environmental factors. While environmental influences such as photoperiod, temperature, and nitrogen availability have long been recognized, the underlying molecular mechanisms are still being uncovered. Given that potato is the fourth most important crop in the world, understanding the regulation of tuber formation is of great importance for breeding. In this work, we aimed to deepen our understanding of the role of BELL transcription factors (TFs), with particular emphasis on their involvement in regulating tuberization in cultivated potato varieties (Solanum tuberosum ssp. tuberosum). The role in tuberization regulation has previously been demonstrated for three BELL TFs: BEL5, BEL11, and BEL29. BEL5 has been identified as a key tuber-inducing signal, and several studies have addressed its function; however, most of them employed the model, photoperiod-sensitive genotype ssp. andigena, and only a limited data are available for cultivated potato. These studies have used transgenic lines with either increased or reduced BEL5 expression, yet a complete gene knockout has not been achieved. To address this, we generated cultivated potato lines with a CRISPR-Cas9-induced loss of...

Tuberizace bramboru - tvorba hlíz z koncových částí stolonů - je regulována kombinací genetických, metabolických a environmentálních faktorů. Zatímco environmentální vlivy, jako jsou fotoperioda, teplota a dostupnost dusíku, jsou dlouhodobě známé, molekulární mechanismy jsou teprve odhalovány. Vzhledem k tomu, že je brambor čtvrtou nejvýznamnější plodinou na světě, porozumění regulaci tvorby hlíz má zásadní význam pro šlechtění. Cílem této práce je prohloubit znalosti o roli BELL transkripčních faktorů (TF) se zaměřením na jejich funkci v regulaci tuberizace u kulturních odrůd bramboru (Solanum tuberosum ssp. tuberosum). Role v regulaci tuberizace byla již dříve prokázána u tří BELL TF: BEL5, BEL11 a BEL29. Funkcí BEL5, jež byl identifikován jako klíčový signál indukující tvorbu hlíz, se zabývalo několik prací; avšak většina z nich využívala modelový, fotoperiodicky citlivý genotyp ssp. andigena, a jen omezené množství dat je dostupné pro kulturní brambor. Tyto studie využívaly transgenní linie s buď navýšenou, či sníženou expresí BEL5, avšak úplný genový knockout dosud nebyl publikován. V návaznosti na to, jsme se rozhodli pomocí CRISPR-Cas9 indukované mutageneze navodit kompletní inaktivaci BEL5 na pozadí kulturního bramboru, umožňující přímé zhodnocení jeho role u komerčně relevantní odrůdy....