油菜种子含油量细胞质效应的分子机理解析

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基本信息

  • 批准号：
    31871664
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    华玮
  • 依托单位：
    中国农业科学院油料作物研究所
  • 学科分类：
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Seed oil content is one of the most important agronomic traits in rapeseed (Brassica napus L.). Thus, high-oil cultivars are the key target for breeding. Nuclear genome has been demonstrated having a crucial role in lipid synthesis and regulation. However, numerous studies suggested that cytoplasmic genomes could also play critical parts in oil accumulation. Preliminary work in our research group has identified a mitochondrial-encoded gene ORF188 that is positively and very significantly correlated with cytoplasmic effects on oil content. Despite we have obtained some data for ORF188 function, genes governing oil content in cytoplasmic genomes and their regulatory mechanisms are still mysterious. In this project,we aim to screening for rapeseed cultivars with different cytoplasmic effects on oil content,to identify novel genes in cytoplasmic genomes controlling oil accumulation viade novo sequencing, with combinational technologies of comparative genomics, comparative transcriptomics and population genetics.Furthermore, by functional characterizations of the molecular mechanisms of these genes including ORF188 in the regulation of seed lipid accumulation and pathways in which they involved, our research work would enrich theory on maternal control of oil content and provide new scientific guidance for breeding of high-oil rapeseed cultivars.
种子含油量是油菜最重要的农艺性状之一, 提高含油量也是油菜育种的主要目标。虽然细胞核基因组在油脂合成与调控中发挥重要角色,有大量研究也表明细胞质基因组效应对含油量油脂积累具有重要作用。本研究团队前期鉴定出线粒体编码的一个基因ORF188与含油量细胞质效应极显著相关。尽管目前有一些研究进展，但是细胞质基因组控制含油量的诸多基因及其作用机制仍然未知。本课题拟筛选出具有不同含油量细胞质效应的油菜品系，针对这些品系分别进行细胞质基因组的de novo测序，结合运用细胞质比较基因组学、比较转录组学和群体遗传学技术手段鉴定含油量细胞质效应功能基因；同时,开展分子生物学研究阐明这些基因（包括ORF188）调控种子油脂积累的分子机理和作用途径。研究结果将丰富含油量母体调控理论，为油菜高含油量育种提供新的科学指导。

结项摘要

种子含油量是油菜育种的关键性状之一。尽管目前在大部分研究中发现细胞核基因组在油脂合成与调控中发挥了重要作用，叶绿体和线粒体作为细胞中的两大关键细胞器，其基因组对含油量油脂积累也具有显著的影响。我们前期对油菜正反交材料F1代和F2代含油量检测发现，细胞质效应可影响种子含油量1-3个百分点，其中51218和56366正反交材料之间的细胞质效应贡献率约5个点。通过对51218和56366细胞质基因组测序、开发相应标记进行群体正反交材料含油量性状的关联分析，获得细胞质效应调控基因ORF188。在细胞质负效应油菜56366中过表达该基因，含油量最高可增加4个百分点。ORF188编码线粒体膜蛋白，为nap（nap-like）型线粒体所特有的新进化形成的嵌合基因。该基因可提高ATP酶复合体稳定性和酶活，参与调控线粒体能量代谢途径促进ATP产生，增加种子油脂合成和积累所需的能量供应进而提高含油量。研究结果可对油菜不同杂交组合含油量潜力进行预测，为油菜高油育种过程中杂交方式的选择提供依据。同时，由于作为植物遗传信息重要组成部分的细胞器（叶绿体和线粒体）基因组的研究相对较少，为全面深入了解油菜细胞质基因组的序列变异信息，我们对已发表的1599份甘蓝型油菜全基因组重测序数据开展细胞器基因组变异分析。在完成甘蓝型油菜细胞质泛基因组构建的基础上，根据线粒体的序列特征进行了胞质类型鉴定；借助群体变异检测揭示了细胞器基因组的多态性、群体结构和进化关系。相关研究为进一步深入解析细胞质基因组的功能提供理论依据。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Genome-Wide Identification an Evolutionary Analysis of the Fruit-Weight 2.2-Like Gene Family in Polyploid Oilseed Rape (Brassica napus L.)
多倍体油菜 (Brassica napus L.) 果重 2.2 样基因家族的全基因组鉴定和进化分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    DNA Cell Biol
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Kuang C;Li J;Liu HF;Liu J;Sun XC;Zhu XY;Hua W
  • 通讯作者：
    Hua W
A large-scale population based organelle pan-genomes construction and phylogeny analysis reveal the genetic diversity and the evolutionary origins of chloroplast and mitochondrion in Brassica napus L.
基于大规模群体的细胞器泛基因组构建和系统发育分析揭示了甘蓝型油菜叶绿体和线粒体的遗传多样性和进化起源。
  • DOI：
    10.1186/s12864-022-08573-x
  • 发表时间：
    2022-04-30
  • 期刊：
    BMC genomics
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
  • 通讯作者：
Systematic Analysis of the DNA Methylase and Demethylase Gene Families in Rapeseed (Brassica napus L.) and Their Expression Variations After Salt and Heat stresses
油菜 DNA 甲基化酶和去甲基化酶基因家族的系统分析及其在盐和热胁迫后的表达变化
  • DOI：
    10.3390/ijms21030953
  • 发表时间：
    2020-02-01
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Fan, Shihang;Liu, Hongfang;Li, Jun
  • 通讯作者：
    Li, Jun
A Novel Chimeric Mitochondrial Gene Confers Cytoplasmic Effects on Seed Oil Content in Polyploid Rapeseed (Brassica napus)
一种新型嵌合线粒体基因对多倍体油菜籽油含量产生细胞质影响
  • DOI：
    10.1016/j.molp.2019.01.012
  • 发表时间：
    2019-04-01
  • 期刊：
    MOLECULAR PLANT
  • 影响因子：
    27.5
  • 作者：
    Liu, Jun;Hao, Wanjun;Wang, Hanzhong
  • 通讯作者：
    Wang, Hanzhong

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其他文献

Regional association analysis coupled with transcriptome analyses reveal candidate genes affecting seed oil accumulation in Brassica napus
区域关联分析与转录组分析相结合揭示了影响甘蓝型油菜种子油积累的候选基因
  • DOI：
    10.1007/s00122-021-03788-0
  • 发表时间：
    2021-03
  • 期刊：
    Theoretical and Applied Genetics
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    姚敏;官梅;杨倩;黄璐瑶;熊新华;Habib U. Jan;Kai P. Voss‑Fels;Christian R. Werner;何昕;钱伟;Rod J. Snowdon;官春云;华玮;钱论文
  • 通讯作者：
    钱论文
甘蓝型油菜CBF基因家族的鉴定和表达分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    作物学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    解盼;刘蔚;康郁;华玮;钱论文;官春云;何昕
  • 通讯作者：
    何昕
过量表达油菜wri基因提高种子重量和含油量
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Plant Physiol. Biochem.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    华玮
  • 通讯作者：
    华玮
SNP芯片在油菜分子育种的应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国农业科技导报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    华玮;王汉中
  • 通讯作者：
    王汉中
GWAS结合共表达网络分析挖掘影响油菜种子硫苷积累的作用位点
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    农业生物技术学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘蔚;姚敏;康郁;王美;解盼;何昕;刘忠松;官春云;钱伟;华玮;钱论文
  • 通讯作者：
    钱论文

其他文献

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油菜角果皮净光合速率主效QTLs的功能基因鉴定
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    面上项目
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    青年科学基金项目

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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

        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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