甘蓝型油菜生长素极性运输异常导致茎秆弯曲的分子机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31571701
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 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:
    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

Lodging is a key factor in reducing seed yield and quality and limiting the mechanized production of rapeseed (Brassica napus). In previous study, a stem lodging mutant with stem bending phenotype at the end of bud stage has been identified and named stb1. Genetic analysis demonstrated that the mutant was controlled by a single autosomal recessive gene, which has been mapped to a 1.995-Mb region of chromosome A01. RNA-Seq analysis showed that genes involved in polar auxin transport were significantly down-regulated in the stem of stb1 mutant. We proposed that the stem bending phenotype of stb1 mutant was probably caused by the slower velocity of polar auxin transport than the elongation speed of stem, which leading to abnormalities in auxin accumulation and distribution. To validate the hypothesis, the F2 segregating population will be constructed and used for map-based cloning of STB1 gene. Quantitative reverse transcription-PCR (qRT-PCR), in situ hybridization and promoter analysis will be used to reveal the temporal and spatial expression patterns of this gene. The biological function of STB1 will be elucidated by further studies on the complement plants, STB1-silencing and -overexpressing transgenic plants. The downstream genes regulated by STB1 will be screened with RNA-Seq, ChIP-Seq or RIP-Seq analysis. Proteins interacting with STB1 will be fished out by immunoprecipitation combined with mass spectrometry analysis and validated by yeast-two hybrid system. The STB1-centric regulatory network of the velocity of polar auxin transport will be summarized based on abovementioned studies. Our researches not only lay a theoretical foundation for the lodging resistance breeding of rapeseed, but also provide a novel research strategy and model for investigation on the molecular regulatory mechanism of the velocity of polar auxin transport.
倒伏是影响油菜产量、品质和机械化的关键因素。本项目前期发现一个蕾薹末期茎秆弯曲的茎倒突变体stb1;分析表明其受常染色体上的隐性单基因控制,定位于A01染色体的1.995 Mb范围内;RNA-Seq分析表明stb1茎秆中生长素极性运输相关基因显著下调。我们推测stb1的曲茎表型可能与生长素极性运输速率低于新生茎秆伸长速率,导致生长素异常积累和分布有关。本项目将继续构建F2精细定位群体,图位克隆STB1基因;通过qRT-PCR、原位杂交和启动子分析,明确STB1的表达模式;对转基因植株进行深入研究以解析STB1基因功能;RNA-Seq、ChIP-Seq或RIP-Seq鉴定下游调控基因;免疫共沉淀结合质谱分析及酵母双杂交筛选互作蛋白,构建以STB1基因为核心的生长素极性运输速率调控网络。研究结果将为油菜抗倒育种提供分子理论基础,为生长素极性运输速率调控机制研究提供新的研究思路和模型。

结项摘要

本项目对曲茎突变体stb1和ZS11进行了表型、组织化学染色和扫描电镜比较分析,比较了stb1茎尖生长点和弯曲茎秆以及ZS11的茎尖生长点和正常茎秆的转录组数据,结合STB1基因的QTL定位区间,确定STB1候选基因。随后对候选基因进行克隆,构建过表达和干扰载体,转化拟南芥和油菜进行功能验证。研究结果为挖掘曲茎性状控制基因,阐明生长素极性运输(polar auxin transport,PAT)与茎秆弯曲表型的关系,揭示油菜曲茎性状的分子调控机制。主要研究结果如下:.表型观察结果显示,stb1突变体在初花期弯曲性状最为明显,盛花期重新恢复直立生长。stb1突变体株高、每角果粒数、角果长和抗倒伏性均显著性降低,导致突变体产量显著降低。SEM扫描电镜观察和组织化学染色显示,stb1茎秆木质部、导管数量和薄壁细胞发达程度远低于对照ZS11;内茎中负责生长素运输的维管系统没有外茎发达。ZS11、突变体stb1的茎尖生长点和茎秆转录组比较发现,下调基因主要集中在细胞过程,生物合成过程,辅酶代谢过程和生长素运输过程。筛选得到与PAT相关的下调基因28个,结合精细定位标记区间和项目组筛选的另外两个以EMS诱变获得的曲茎突变体stb2和stb3的三组RNA-seq结果分析,stb1精细定位区间内有2个与生长素合成、信号转导和极性运输相关的差异表达候选基因,最终,将BnSIP3和BnPAP2确定为STB1的候选基因。.候选基因亚细胞定位发现BnPAP2定位于细胞核内,BnSIP3同时定位在细胞核和细胞膜。对BnPAP2过表达载体转基因油菜田间表型进行观察,发现互补植株仍然发生弯曲,确定BnPAP2不是STB1候选基因。利用表型观察、外源激素处理、打顶处理和qRT-PCR检测等方法对BnSIP3的T3代转基因拟南芥进行分析发现,BnSIP3更可能与曲茎性状有关。酵母双杂发现CIPK6可与F-BOX蛋白互作。qRT-PCR发现PIN1的表达量与SIP3呈正相关,大部分的PIN蛋白存在于质膜,结合候选基因亚细胞定位结果猜想突变体植株中BnSIP3在油菜中编码形成的CIPK6蛋白,在细胞膜上通过与F-BOX PROTEIN互作调控PIN1的表达量,以实现对PAT调控。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Genome-Wide Identification and Characterization of NODULE-INCEPTION-Like Protein (NLP) Family Genes in Brassica napus.
甘蓝型油菜中结节起始样蛋白 (NLP) 家族基因的全基因组鉴定和表征
  • DOI:
    10.3390/ijms19082270
  • 发表时间:
    2018-08-02
  • 期刊:
    International journal of molecular sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Liu M;Chang W;Fan Y;Sun W;Qu C;Zhang K;Liu L;Xu X;Tang Z;Li J;Lu K
  • 通讯作者:
    Lu K
环境因素和嫁接方法对甘蓝型油菜幼苗嫁接成功率的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国油料作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范永海;常玮;赵彬言;魏思雨;段回春;李加纳;卢坤
  • 通讯作者:
    卢坤
Genome-Wide Identification of Flowering-Time Genes in Brassica Species and Reveals a Correlation between Selective Pressure and Expression Patterns of Vernalization-Pathway Genes in Brassica napus.
甘蓝属植物开花时间基因的全基因组鉴定并揭示甘蓝型油菜春化途径基因的选择压力与表达模式之间的相关性
  • DOI:
    10.3390/ijms19113632
  • 发表时间:
    2018-11-18
  • 期刊:
    International journal of molecular sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Li H;Fan Y;Yu J;Chai L;Zhang J;Jiang J;Cui C;Zheng B;Jiang L;Lu K
  • 通讯作者:
    Lu K
Identification of candidate genes controlling oil content by combination of genome-wide association and transcriptome analysis in the oilseed crop Brassica napus
通过全基因组关联和转录组分析相结合鉴定油料作物甘蓝型油菜中控制含油量的候选基因
  • DOI:
    10.1186/s13068-019-1557-x
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Biotechnology for Biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Xiao Zhongchun;Zhang Chao;Tang Fang;Yang Bo;Zhang Liyuan;Liu Jingsen;Huo Qiang;Wang Shufeng;Li Shengting;Wei Lijuan;Du Hai;Qu Cunmin;Lu Kun;Li Jiana;Li Nannan
  • 通讯作者:
    Li Nannan
Genetic and transcriptomic analyses of lignin- and lodging-related traits in Brassica napus
甘蓝型油菜木质素和倒伏相关性状的遗传和转录组分析
  • DOI:
    10.1007/s00122-017-2937-x
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    THEORETICAL AND APPLIED GENETICS
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Wei Lijuan;Jian Hongju;Lu Kun;Yin Nengwen;Wang Jia;Duan Xiujian;Li Wei;Liu Liezhao;Xu Xinfu;Wang Rui;Paterson Andrew H.;Li Jiana
  • 通讯作者:
    Li Jiana

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其他文献

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 发表时间:
    2014
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  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
    钱伟;吕俊;卢坤;梁颖
  • 通讯作者:
    梁颖

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卢坤的其他基金

BnaA1.CIPK6磷酸化修饰AUF1负调控油菜种子和角果发育的分子机制
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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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