玉米醇溶蛋白基因染色体重排和拷贝数变化的遗传解析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771799
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The Quality Protein Maize (QPM) was successfully selected from the o2 mutant lines, which have the advantage of high lysine content that greatly improved the malnutrition in Africa, America, and other places. The genome structure of 27-kD γ-zein gene and (22, 19-kD) α-zein are unstable under the pressure of artificial selection, which leads to the gene rearrangement and recombination events occurring and a complex gene clusters with linkage and conserved haplotype adapting in breeding selection. However, the molecular mechanism of the genome evolution is still unknown. In this project, we constructed the genetic model and created the plants that occurred rearrangement and recombination events in zein genes. Based on these materials, the linkage marker and PacBio BAC sequencing were utilized to detect the 27-kD γ-zein gene rearrangement frequency and the (22, 19-kD) α-zein recombination frequency in different genetic background. The aim of this project is to decipher the molecular mechanism of rearrangement and recombination under artificial selection in breeding system by using the genomic sequencing data. The results of this project will provide a basic genetic knowledge for understanding the genome conservation and variation feature, thus benefit to breed the non-o2-regulated lines to create high yield and quality variety in maize.
优质蛋白玉米以o2突变体为基础选育而成,改善了非洲、美洲等地的营养不良症。玉米醇溶蛋白基因27-kD γ-zein和(22, 19-kD) α-zein在人工选择的压力下基因组结构不稳定而发生重排或重组,形成连锁且保守的单体型,以基因簇的形式形成适应性的表型,然而其发生的分子机制还不清楚。申请人在前期的基础中创建了用于分析基因重排和重组的遗传材料和检测模型,初步获得了发生重排和重组的单株。在此基础上拟利用开发的连锁标记检测不同遗传背景下27-kD γ-zein基因发生重排的频率和(22, 19-kD) α-zein发生基因重组的频率,同时将筛选的单株构建BAC库结合三代测序的方法,深入解析其发生重排和重组的分子机制,验证基因结构中序列的保守性和变异性,解析不同遗传背景下醇溶蛋白基因单体型和基因簇的演变机制,为创制新型的非o2调控的具有高配合力的优质蛋白玉米自交系奠定基础。

结项摘要

拷贝数变异(Copy number variations, CNVs)与基因表达水平的改变有关,是玉米遗传变异的主要来源之一。前期研究发现优质蛋白玉米γ27醇溶蛋白高表达是因为含有两个γ27拷贝的S等位基因,该位点的结构不稳定,容易发生基因重排。为了得到重排发生频率以及重排模型,我们利用qγ27紧密连锁的功能标记0707-1和K0326Y-deletion材料与不同自交系的正反交组合,检测到基因重排的平均频率是1.27 x 10-3,并对得到的单拷贝重排单株测序,得到γ27位点的重排模型。基因发生重排后,一条染色体失去基因拷贝的同时,另一条染色体会得到相应的拷贝数。我们利用qRT-PCR来筛选Uniform Mu群体,得到了三拷贝γ27基因的材料,并通过测序确定三拷贝重排单株重排类型为Rabb型。对三拷贝材料胚乳细胞观察发现,蛋白体的密度增加。将三拷贝材料回交导入到αRNAi材料中,获得的αRNAi-M材料不仅含高赖氨酸品质,而且胚乳表现硬质。为了更进一步了解αRNAi-M的胚乳修饰机制,我们对授粉后18天的胚乳进行了透射电镜观察,发现蛋白体的数量和大小都是有所增加的,与优质蛋白玉米的胚乳修饰机制一致。说明三拷贝γ27等位基因为优质蛋白玉米育种提供了一个优良等位修饰位点。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Genome-wide identification and analysis of heterotic loci in three maize hybrids
三个玉米杂交种杂种优势位点的全基因组鉴定和分析
  • DOI:
    10.1111/pbi.13186
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    PLANT BIOTECHNOLOGY JOURNAL
  • 影响因子:
    13.8
  • 作者:
    Liu, Hongjun;Wang, Qin;Huang, Xuehui
  • 通讯作者:
    Huang, Xuehui
High frequency DNA rearrangement at qgamma27 creates a novel allele for Quality Protein Maize breeding.
qgamma27 处的高频 DNA 重排为优质蛋白玉米育种创造了一个新颖的等位基因。
  • DOI:
    10.1038/s42003-019-0711-0
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Commun Biol
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Hongjun;Huang Yongcai;Li Xiaohan;Wang Haihai;Ding Yahui;Kang Congbin;Sun Mingfei;Li Fangyuan;Wang Jiechen;Deng Yiting;Yang Xuerong;Huang Xing;Gao Xiaoyan;Yuan Lingling;An Dong;Wang Wenqin;Holding David R;Wu Yongrui
  • 通讯作者:
    Wu Yongrui

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其他文献

基于蓄能器储能和综合调度叉车势能利用系统
  • DOI:
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    --
  • 作者:
    束世辰;刘红军;路珍;张青松;葛磊
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    葛磊
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    --
  • 发表时间:
    --
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王虎
泥质海岸带咸淡水界面的运动机理
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    海洋地质前沿
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张志忠
海上风电伞式吸力锚基础承载性能研究
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    --
  • 发表时间:
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    --
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反复加载下无浆砌体接缝剪切特性
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  • 发表时间:
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    --
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    林坤;刘红军;Yuri TOTOEV
  • 通讯作者:
    Yuri TOTOEV

其他文献

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刘红军的其他基金

玉米百粒重主效QTL(Hgw1q1)克隆及分子机理解析
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:

相似国自然基金

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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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