基于CSSSLs群体的水稻杂种优势机理的解析和功能基因鉴定

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31271679
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Heterosis is a universal biological phenomenon in which the hybrids exhibit superior agronomic performance than either inbred parental lines. Hybrid rice has made a tremendous contribution to food security both in China and other countries.Recently tens of super rice varieties have been bred by the combination of heterosis with ideotype in China. Although there have been great achievements in hybrid rice breeding ,the yield potential of hybrid rice has apparently reached a plateau in the last twenty years. Elucidation of the genetic mechanisms underlying heterosis and characterization of genes (or QTLs) associated with heterosis provides an opportunity to break the ceiling of yield potential. Despite heterosis is used extensively in agriculture, the genetic basis of which has been debated for almost one century, especially the molecular mechanisms underlying heterosis remain elusive, since it is complex, the additive effect , dominant effect ,overdominant effect and epistasis all play important roles in the performance of heterosis. Breeding of the advanced genetic populations is the first and most important work to finely locate the loci related to heterosis and estimate the genetic effect of these loci on heterosis..In our previous research works, a set of rice chromosome single segment substitution lines (CSSSLs) have been bred for the characterization of genes associated with heterosis with 9311 as the recurrent parent with molecular marker-assisted selection (MAS),since 9311 is the male parent of several hybrid rice varieties with the biggest cultivated area. The size and precise position of each introduced segment in every line of this population was identified with the high- resolution single nucleotide polymorphic (SNP) markers developed by resequencing with the next-generation sequencing techniques.In this proposal,testcross and diallel cross populations are planned to be made to precisely estimated the additive effect ,dominant effect ,overdominant effect and epistasis on the heterosis based on this CSSSLs population . Map-based cloning strategy will be used to finely map and clone the genes related to heterosis with the development of the advanced introgression and testcross populations and expression profile analysis will be carried out simultaneously.The function of the candidate genes related to heterosis will be validated by the performance of transgenic lines of complementary,RNAi and overexpression of the target genes. The elite lines by pyramiding of the favorable alleles related to heterosis will be selected for hybrid rice breeding with marker-assisted selection.After the completion of the project,the additive effect,dominant effect,overdominant effect and epistasis on heterosis will be clearly elucidated. The genes related to heterosis will be fine located and two of them will be cloned and characterized.Several hybrid rice lines will be bred and evaluated in the regional trials.About 5 SCI papers will be published.
水稻是我国最重要的粮食作物之一。水稻的高产和稳产对于保障我国的粮食安全具有重要作用。超级杂交稻育种是水稻改良的有效途径之一,而水稻杂种优势形成机理研究则是培育超级杂交稻的基础并有助于加深人们对作物杂种优势形成机理的认识。本研究组在前期工作中,培育了以强优杂交稻组合的亲本9311为遗传背景的水稻单片段代换系群体,通过重测序分析了每个株系导入片段的大小和位置,并开展了杂种优势机理的初步研究。本项目拟利用这套水稻单片段代换系群体为基础群体,通过测交、双列杂交构建杂种优势分析群体,分析不同遗传效应对杂种优势的贡献率;通过回交和分子标记分析,构建杂种优势相关基因或调控因子的渐渗系群体,利用图位克隆方法结合转录组学等研究分离杂种优势相关基因或调控因子;通过杂种优势相关基因或调控因子的功能分析结合转录组学研究,阐明作物杂种优势形成的机理和遗传网络;利用所获得的材料和基因资源,开展杂交水稻分子育种研究。

结项摘要

水稻杂种优势遗传机理还知之甚少。为此,我们利用一套重测序的128个水稻染色体片段代换系分别和水稻光温敏雄性核不育系广占63-4s、036S和连99S杂交,构建了4套测交系群体,分别命名为TC1-TC4(TC1为广占63-4s×CSSLs,2009年;TC2为广占63-4s×CSSLs,2011年;TC3为036S×CSSLs,2015年;TC4为连99S×CSSLs,2015年),进行性状考察,结合染色体片段代换系的分子信息,对水稻杂种优势遗传机制展开研究,并得到了如下的结果:.1、在TC 1中,除了结实率和千粒重之外,其余性状均值都高于CSSLs的均值;2011年TC 2群体中,穗长、单株有效穗数和单株产量的均值表现要优于CSSLs的均值表现;TC 3与CSSLs的7个性状均值比较发现,TC 3的穗长和单株有效穗数平均值高于CSSLs的平均值;TC 4的穗长、单株有效穗数、穗粒数和单株产量的均值都高于CSSLs。以上结果表明不同的不育系一般配合力不同,而广占63-4s和连99s一般配合力较高。.2、我们对CSSLs与4个TCs的7个相对性状进行相关性分析,除了单株有效穗数和结实率之外,其余性状在CSSLs和TCs之间存在较高的相关性,因此选择优良的恢复系对于培育优良杂交组合至关重要。.3、根据128个染色体片段代换系及受体亲本9311的性状表型值,结合Bin-map,基于多元回归分析方法,在2009年、2011年和2015共定位到62个产量相关性状QTLs,根据测交系及对照组合的性状表型值,计算杂种优势值,共定位到97个杂种优势相关位点,这些杂种优势位点都被准确的定位在染色体的具体区段上,且检测到4个杂种优势位点簇。.4、对测交系各个表型值进行了方差分析。结果表明,株高、穗长、单株产量和千粒重的广义遗传率较高分别是79.85%,51.22%,76.75%和75.50%,均超过了50%。表明在杂种中,这些性状的变异,遗传的作用是主要的。单株穗数的广义遗传率最低,为21.47%,表明该性状极易受环境的影响。株高、穗长、结实率、单株产量和千粒重这5个性状表现为部分显性,每穗粒数表现为超显性。.本项目的研究结果初步解析了两系法杂交籼稻杂种优势可能的遗传模式,为开展水稻杂种优势的分子标记辅助选择育种提供了重要分子信息。

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)
水稻抗稻瘟病Pigm(t)基因的分子标记辅助选择与利用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    华北农学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘梅瑶;钮中一;周勇;梁国华
  • 通讯作者:
    梁国华
Mapping Quantitative Trait Loci Associated with Toot Traits Using Sequencing-Based Genotyping Chromosome Segment Substitution Lines Derived from 9311 and Nipponbare in Rice (Oryza sativa L.).
使用源自水稻 (Oryza sativa L.) 9311 和日本晴的基于测序的基因分型染色体片段替换系绘制与嘟嘟性状相关的数量性状基因座
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0151796
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zhou Y;Dong G;Tao Y;Chen C;Yang B;Wu Y;Yang Z;Liang G;Wang B;Wang Y
  • 通讯作者:
    Wang Y
Exploitation of heterosis loci for yield and yield components in rice using chromosome segment substitution lines.
使用染色体片段替换系开发水稻产量和产量组成部分的杂种优势位点
  • DOI:
    10.1038/srep36802
  • 发表时间:
    2016-11-11
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Tao Y;Zhu J;Xu J;Wang L;Gu H;Zhou R;Yang Z;Zhou Y;Liang G
  • 通讯作者:
    Liang G
Natural Variations in SLG7 Regulate Grain Shape in Rice
SLG7 的自然变异调节水稻的粒形
  • DOI:
    10.1534/genetics.115.181115
  • 发表时间:
    2015-12-01
  • 期刊:
    GENETICS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhou, Yong;Miao, Jun;Liang, Guohua
  • 通讯作者:
    Liang, Guohua

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其他文献

大伙房模型在石佛寺流域洪水预报方案中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • DOI:
    --
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    2016
  • 期刊:
    扬州大学学报(农业与生命科学版)
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  • 作者:
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    梁国华
水稻早衰叶突变体基因 psl1 的遗传分析和精细定位
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    10.1360/csb2006-51-20-2387
  • 发表时间:
    2006-10
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁国华
  • 通讯作者:
    梁国华
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    水电能源科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何斌;彭勇;梁国华;周惠成;许海军;李菡
  • 通讯作者:
    李菡

其他文献

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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

        graph TD
          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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