水稻冠根形成基因的克隆与功能分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31671656
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 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:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Roots are essential organs for exploiting soil resources such as water and mineral nutrients, and supporting plant growth as well as crop productivity. The rice root system is mainly composed of postembryonic shoot-borne roots termed crown roots, and its numbers play the crucial role in capturing water and mineral nutrients. However, the molecular mechanism of crown root formation in rice remains unclear. The project is proposed to map-based clone a gene for crown root number (CRN) by using the segregation population derived from chromosomal substitution segment lines in rice, and to analyze its biological functions with the integrated approaches in genetics, physiology and molecular biology. Other main activities proposed in this project also include identification and validation of gene regulatory network and signaling pathways that the CRN gene involved in controlling crown root formation, and mining of the natural occurring alleles with its functions in use-efficiency of water and nutrients (such as nitrogen and phosphate) through association mapping with the core collection of rice germplasm. These results will facilitate better understanding of the molecular mechanism of root formation and root architecture in rice, and establish a practical and theoretical foundation for improving water and nutrient use-efficient rice varieties.
根是植物吸收土壤中水分和养分、固定植株、影响植物生长和产量潜力的主要营养器官。冠根是水稻根系的主要组成部分,其数目决定了水稻对土壤水分和养分的吸收利用效率。目前,冠根形成的分子机理尚不清晰。本项目拟利用水稻染色体片段代换系及其衍生群体,采用图位克隆的方法分离克隆一个影响水稻冠根数的基因(CRN),通过遗传学、生理学和分子生物学等技术手段,研究其生物学功能。在表达水平和蛋白水平上分析和验证CRN的互作基因,剖析其参与的分子调控网络。利用水稻核心种质测序及关联分析,鉴定CRN自然发生的等位变异及其对水分和养分(如氮、磷)吸收利用的影响,发掘优异等位基因。预期研究结果将有利于更好地了解水稻根系形成的分子调控机理,为培育水分和养分高效利用的水稻新品种奠定理论和实践基础。

结项摘要

根系形态是影响水分和养分吸收利用效率和产量形成的关键因素。本项目利用水稻染色体片段代换系和突变体等群体开展了水稻根系(冠根)形成相关基因的定位与克隆,分析其自然发生的等位变异及其功能,剖析调控水稻冠根形成的分子机理。项目分离克隆到一个冠根相关基因CR6。该基因编码含一个AP2结构域的转录因子。组织表达谱分析显示,CR6在幼苗、叶片以及穗部的表达水平较低,在成熟叶鞘和茎秆中表达未检测到,而在种子发芽胚和根系中高度表达。在亚洲栽培稻品种中,CR6的启动子和编码区存在较大的变异。利用启动子区的58个SNP对CR6进行单倍型分析,发现栽培稻中CR6存在至少10种单倍型,籼稻的CR6启动子区核苷酸多样性仅为野生稻的十分之一,表明在水稻驯化过程中该基因受到了较强烈的选择。转基因CR6超表达、抑制表达以及T-DNA突变体等试验结果表明,CR6负向调控水稻根长和冠根数目。超量表达CR6抑制根系生长,根长变短、冠根数减少;而下调CR6表达,冠根数目增多。超表达株系的生物量降低、每穗粒数减少、产量降低。转录组分析显示在CR6超表达株系中生长素合成和转运等相关基因的表达受到显著的抑制。与之相一致的是,CR6启动子上存在生长素响应元件,可以与生长素早期响应因子ARF25蛋白互作。CR6蛋白可以与生长素转运因子OsPINi结合,从而抑制其表达;下调OsPINi基因的表达引起水稻根长变短、冠根数减少。综合这些结果表明,CR6通过参与生长素途径调节根系中生长素的运输,负调控水稻根系和地上部植株的生长,最终影响单株产量。本研究结果为深入理解水稻冠根发生和发育的分子遗传机理提供新的见解。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Metabolome Analysis of Multi-Connected Biparental Chromosome Segment Substitution Line Populations
多连接双亲染色体片段取代系群体的代谢组分析
  • DOI:
    10.1104/pp.18.00490
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
    PLANT PHYSIOLOGY
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Chen, Jie;Wang, Jilin;Luo, Jie
  • 通讯作者:
    Luo, Jie
Genetic Dissection of Seed Storability and Validation of Candidate Gene Associated with Antioxidant Capability in Rice (Oryza sativa L.)
水稻种子耐贮性的遗传解析和与抗氧化能力相关的候选基因的验证(Oryza sativa L.)
  • DOI:
    10.3390/ijms20184442
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    International Journal of Molecular Sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Yuan Zhiyang;Fan Kai;Xia Laifu;Ding Xiali;Tian Li;Sun Wenqiang;He Hanzi;Yu Sibin
  • 通讯作者:
    Yu Sibin
Hairy Leaf 6, an AP2/ERF Transcription Factor, Interacts with OsWOX3B and Regulates Trichome Formation in Rice
Hairy Leaf 6 是一种 AP2/ERF 转录因子,与 OsWOX3B 相互作用并调节水稻毛状体的形成
  • DOI:
    10.1016/j.molp.2017.09.015
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Molecular Plant
  • 影响因子:
    27.5
  • 作者:
    Sun Wenqiang;Gao Dawei;Xiong Yin;Tang Xinxin;Xiao Xiongfeng;Wang Chongrong;Yu Sibin
  • 通讯作者:
    Yu Sibin
A key variant in the cis-regulatory element of flowering gene Ghd8 associated with cold tolerance in rice
开花基因 Ghd8 顺式调控元件的关键变异与水稻耐寒性相关
  • DOI:
    10.1038/s41598-019-45794-9
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wang Peng;Xiong Yin;Gong Rong;Yang Ying;Fan Kai;Yu Sibin
  • 通讯作者:
    Yu Sibin
Genetic Dissection and Validation of Chromosomal Regions for Transmission Ratio Distortion in Intersubspecific Crosses of Rice.
水稻亚种间杂交染色体区域传递比畸变的遗传剖析和验证
  • DOI:
    10.3389/fpls.2020.563548
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Zhang C;Wang D;Wang J;Sun Q;Tian L;Tang X;Yuan Z;He H;Yu S
  • 通讯作者:
    Yu S

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其他文献

功能基因组与绿色超级稻培育的研究进展
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
    牟同敏
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
    黎志康
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  • 期刊:
    分子植物育种
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    余四斌

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转录因子HL6调控植物卡生合成增强水稻抗病性的分子遗传基础研究
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相似国自然基金

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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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