水稻高产抗倒伏主效QTL克隆及分子机理解析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31530051
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    279.0万
  • 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:
    2020
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Lodge resistance is an important agronomic trait controlled by many genes. It is also a limiting factor to decide whether a super high-yielding variety can be widely planted. However, the molecular mechanism underlying lodge resistance remains elusive because the constitution parameters contributing to this trait are unclear. In recent years, our knowledge about the molecular basis of lodge resistance has been largely improved based on investigating the impacts of some visible phenotypes. But all those studies have not got to the root of this issue. It is well known that secondary walls provide mechanical support for plant bodies. The physicochemical properties of secondary walls, including the composition, structure and distribution, contribute directly to the mechanical strength. Therefore, we propose that multiple genes involved in secondary wall formation regulate plant lodge resistance. In this study, we focus on two rice populations and hundreds of rice sequenced germplasm resources and aim to: 1. Identify the QTLs that control lodge resistance and secondary wall formation through analyzing the cell wall composition in a recombinant inbred line population (Zhenxiqiuguang vas SWR78) and a chromosome segment substitution line population (9311 vas Nipponbare); 2. Identify the SNPs that contribute to lodge resistance through genome wide association studies for lodge resistance–related phenotypes in hundreds of sequenced cultivar resources; 3. Clone the QTLs based on constructing the relevant near isogenic lines; 4. Characterize the QTLs function and related genetic regulatory pathways. Finally, reveal the molecular mechanisms underlying the lodge resistance, which will benefit for breeding of the new varieties with increased mechanical strength, aiming to increase crop yield.
抗倒伏性是由多基因控制复杂且重要的农艺性状,是超高产品种能否大面积推广的决定因素。但人们对抗倒伏分子机理的认知却极其有限,这源于抗倒伏性状没有明确的指标解析。尽管近年来有一些从可见表型入手研究抗倒伏性的报道,却未触及抗倒伏的本质----次生壁特征。次生壁构成了植物的支撑‘骨架’,其结构、成分与分布直接决定了茎秆强度。本研究首次从水稻茎秆次生壁形成和发育的遗传调控网络入手,以细胞壁成分分析平台为依托,利用真系秋光与SWR78高世代重组自交系及9311与日本晴的染色体单片段代换系开展调控次生壁形成与成分的QTL作图与定位分析。在数百份已完成测序的水稻种质资源材料中开展抗倒伏性状的全基因组关联分析,全面挖掘及克隆抗倒伏QTL。结合遗传学、生物化学、分子生物学等手段解析抗倒伏主效QTL的分子机制与遗传调控网络,阐明次生壁形成对抗倒伏的贡献,为培育出高产抗倒伏的水稻新品种提供新基因和优异等位变异。

结项摘要

抗倒伏性是由多基因控制复杂且重要的农艺性状,也是超高产品种能否大面积推广的决定因素。但人们对抗倒伏分子机理的认知却极其有限。次生细胞壁可为植物体提供支撑,其结构、成分与分布直接决定了支撑力的强弱。本研究从水稻茎秆次生壁形成和发育的遗传调控网络入手,以细胞壁成分分析平台为依托,利用数百份水稻自然群体和遗传群体材料,开展调控次生壁形成与成分的QTL作图与定位分析,进行抗倒伏性状的全基因组关联分析,挖掘抗倒伏QTL。鉴定到数十个抗倒伏关联位点,并对11个位点开展了QTL克隆及遗传验证等工作。明确了2个关联位点对抗倒伏性的贡献,解析了qCel1的作用机制。在细胞壁结构控制方面取得了突破性进展,发现了一类新的多糖乙酰酯酶,揭示了多糖乙酰化修饰的双向调控机制,解析了BS1、DARX1、OsTBL1等基因调控细胞壁功能结构的规律,取得了具有重要国际学术影响力的创新性成果。另外,还鉴定了ILA1-IIP4与KNAT7-NAC31/29介导的两条水稻细胞壁形成的新调控通路,发掘可应用于抗倒伏育种的优异自然变异2个。这些发现极大地推动了细胞壁结构与抗倒伏性状的调控机制研究,为抗倒伏性状的精准设计改良提供了分子依据和靶标。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Rice homeobox protein KNAT7 integrates the pathways regulating cell expansion and wall stiffness
水稻同源框蛋白 KNAT7 整合了调节细胞扩张和细胞壁硬度的途径
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Plant Physiology
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Wang S;Yang H;Mei J;Liu X;Wen Z;Zhang L;Xu Z;Zhang B;Zhou Y
  • 通讯作者:
    Zhou Y
Control of secondary cell wall patterning involves xylan deacetylation by a GDSL esterase
次生细胞壁图案的控制涉及 GDSL 酯酶的木聚糖脱乙酰作用
  • DOI:
    10.1038/nplants.2017.17
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Nature Plants
  • 影响因子:
    18
  • 作者:
    Zhang B;Zhang L;Li F;Zhang D;Liu X;Wang H;Xu Z;Chu C;Zhou Y
  • 通讯作者:
    Zhou Y
A PECTIN METHYLESTERASE at the Maize Ga1 locus confers male function in unilateral cross-incompatibility
玉米 Ga1 位点的果胶甲基酯酶在单侧交叉不相容性中赋予雄性功能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Nature Communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Zhang Z;Zhang B;Chen Z;Zhang D;Zhang H;Wang H;Zhang Y;Cai D;Liu J;Xiao S;Huo Y;Liu Jie;Zhang L;Wang M;Liu X;Xue Y;Zhao L;Zhou Y;Chen H
  • 通讯作者:
    Chen H
MYB61 is regulated by GRF4 and promotes improves nitrogen utilization and biomass production in rice
MYB61 受 GRF4 调控,促进提高水稻氮素利用率和生物量产量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nature Communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Gao Y;Xu Z;Zhang L;Li S;Wang S;Yang H;Liu X;Zeng D;Liu Q;Qian Q;Zhang B;Zhou Y
  • 通讯作者:
    Zhou Y
Two complementary mechanisms underpin cell wall patterning during xylem vessel development
木质部导管发育过程中细胞壁图案形成的两种互补机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Plant Cell
  • 影响因子:
    11.6
  • 作者:
    Schneider R;Tang L;Lampugnani E R;Barkwill S;Lathe R;Zhang Y;McFarlane HE;Pesquet E;Niittyla T;Mansfield SD;Zhou Y;Persson S
  • 通讯作者:
    Persson S

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其他文献

植物细胞壁多糖乙酰化修饰与生物学功能
  • DOI:
    10.13592/j.cnki.ppj.2018.0133
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    植物生理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张兰军;张保才;周奕华
  • 通讯作者:
    周奕华

其他文献

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水稻高产抗倒伏的细胞壁结构基础与分子网络解析
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    2020
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AI项目解读示例

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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