高温诱导杨树产生2n花粉的遗传学机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31570646
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1610.林木遗传育种
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Triploid breeding which combined the ploidy effect with heterozygosity is one of the most powerful approaches for improvement of the genus Populus L. Growth, wood property traits and adaptability will be improved by only a breeding cycle. In previous studies, high temperature exposure was reported as an effective physical mutagenic agent for inducing of polyploidy plants. It was widely used to obtain triploids and tetraploids via inducing chromosome doubling of megaspore, embryo sac, zygote and pollen. A number of triploids and tetraploids were achieved in Populus. Cytological mechanisms of spontaneous 2n gamete formation were documented in numerous plant species. These mechanisms are currently subdivided as first division restitution (FDR), second division restitution (SDR), post-meiotic restitution (PMR) according to the genetic institution of 2n gametes. To gain Populus triploids, a technology system of inducing 2n gametes by high temperature exposure is built, and it can meet the requirement of triploid production in breeding practice. However, little information on why 2n gametes are produced by High temperature exposure has been known. In the present study, we focused on how pollen mother cells (PMCs) produce 2n gametes after male branches were shocked by high temperature using Populus tomentosa or Populus canescens as materials. The relationships between 2n pollen and chromosome beheaviors, and the microtubule cytoskeleton, and abnormal cytokinesis, and cell plate formation, and genes expression related to meiosis and cytokinesis were investigated. Then genetic mechanism of 2n formation by high temperature exposure would be revealed in Populus. All results will provide a theoretical platform for triploid breeding of Populus.
三倍体育种综合了倍性效应与杂种优势,通过一次育种过程可实现生长、材性以及适应性等多目标性状遗传改良,是杨树遗传改良的重要途径与方法。高温作为一种物理诱变剂,已成功应用于诱导杨树大孢子、胚囊、合子以及花粉染色体加倍选育多倍体的育种实践,获得了大量的杨树三倍体和四倍。有关植物自发产生2n配子机制研究的报导很多,根据配子遗传组成,可分为FDR、SDR以及PMR三种机制。尽管高温诱导杨树2n配子选育三倍体的技术体系业已成熟,完全可以满足三倍体育种的需要,但高温诱导杨树产生2n配子的机制至今仍不清楚。本研究以毛白杨或银灰杨雄花枝为试验材料,以未处理花芽为对照,研究高温处理对杨树花粉母细胞减数分裂染色体行为、微管骨架动态变化,胞质分裂和辐射状微管定位异常,纺锤体微管蛋白以及胞质分裂等相关基因差异表达对2n花粉形成的影响,进而揭示高温诱导杨树2n花粉的遗传学机理,为杨树三倍体育种奠定理论基础。

结项摘要

针对高温处理诱导杨树产生2n花粉的遗传学机制问题,以育性良好的银灰杨为材料,在开展银灰杨雄花芽外部形态与花粉母细胞减数分裂进程对应关系、高温处理诱导银灰杨产生2n花粉技术条件优化的基础上,综合细胞遗传学、分子遗传学以及多倍体诱导技术,系统地开展了高温处理对银灰杨花粉母细胞减数分裂染色体行为、微管骨架动态变化、减数分裂以及胞质分裂相关基因差异表达的影响研究。明确了高温诱导银灰杨花粉染色体加倍的适宜温度、有效处理时期以及持续处理时间,筛选出利用38℃或41℃的高温对发育至双线期至终变期的花粉母细胞进行6h持续处理是高温诱导银灰杨花粉染色体加倍的适宜处理组合。发现了高温处理不但可以诱导银灰杨产生高频率的2n花粉,导致银灰杨花粉产量显著降低,败育花粉比例的提高,还会致使高温诱导型2n花粉表面产生明显的裂沟,但不会影响2n花粉的萌发率的现象。揭示了高温处理诱导银灰杨花粉母细胞周期蛋白A基因CCNA显著下调表达,致使花粉母细胞第二次减数分裂缺失,导致大量二分体的形成,进而发育形成2n花粉可能是高温处理诱导银灰杨产生2n花粉的细胞及分子机制。研究结果对于林木遗传学和三倍体育种基础理论的发展具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Colchicine did not affect the viability of induced 2n pollen in Populus tomentosa
秋水仙碱不影响毛白杨诱导2n花粉的活力
  • DOI:
    10.14214/sf.10132
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Silva Fennica
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Liu Yan;Zhang Yuan;Zhou Qing;Wu Jian;Zhang Pingdong
  • 通讯作者:
    Zhang Pingdong
High temperature exposure did not affect induced 2n pollen viability in Populus
高温暴露不影响胡杨诱导的 2n 花粉活力
  • DOI:
    10.1111/pce.13165
  • 发表时间:
    2018-06-01
  • 期刊:
    PLANT CELL AND ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Tian, Mengdi;Zhang, Yuan;Zhang, Pingdong
  • 通讯作者:
    Zhang, Pingdong
银灰杨花粉母细胞减数分裂与微管骨架变化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    北京林业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李燕杰;田梦迪;刘燕;张媛;张平冬
  • 通讯作者:
    张平冬
高温诱导银灰杨花粉染色体加倍创制杂种三倍体
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    林业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田梦迪;李燕杰;张平冬;王健;郝静颐
  • 通讯作者:
    郝静颐
Embryo sac chromosome doubling in Populus alba × P. glandulosa induced by high temperature exposure to produce triploids.
高温诱导白杨和腺白杨胚囊染色体加倍产生三倍体
  • DOI:
    10.1270/jsbbs.16193
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Breeding science
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Li Y;Tian M;Zhang P
  • 通讯作者:
    Zhang P

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其他文献

Slow-growing pollen-tube of colchicine-induced 2n pollen responsible for low triploid production rate in Populus
秋水仙碱诱导的 2n 花粉花粉管生长缓慢是杨树三倍体生产率低的原因
  • DOI:
    10.1007/s10681-017-1881-9
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Euphytica
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    张平冬
  • 通讯作者:
    张平冬
杨树2n花粉形态判别方法的比较
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    东北林业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨倩;陈欣;张平冬;康向阳
  • 通讯作者:
    康向阳
胡杨小孢子母细胞减数分裂与花粉变异研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    西北林学院学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈欣;杨倩;张平冬;康向阳
  • 通讯作者:
    康向阳
胡杨未减数2n花粉形成的细胞学机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    南京林业大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张平冬
  • 通讯作者:
    张平冬
杨树生殖生物学研究现状及展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    现代农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘曼;张平冬;康向阳
  • 通讯作者:
    康向阳

其他文献

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张平冬的其他基金

杨树2n花粉花粉管生长缓慢的细胞学机理
  • 批准号:
    31370659
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    76.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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