基于代谢组的关联分析发掘油菜菌核病抗性相关基因资源

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31801730
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    张园园
  • 依托单位：
    中国农业科学院油料作物研究所
  • 学科分类：
    C1401.植物病理学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Brassica napus is an worldwide important oil crop. Sclerotinia stem rot (SSR) caused by the fungal pathogen Sclerotinia sclerotiorum is one of the most devastating diseases worldwide and seriously affects the yield and quality of rapeseed. The resistance to S. sclerotiorum in B. napus is a quantitative trait and controlled by minor multiple quantitative trait loci (QTLs). But all the QTLs identified for S. sclerotiorum resistance only explained a small portion of the phenotypic variation, and it is still difficult to distinguish the candidate genes in these QTLs. Metabolome-based genome-wide association study (mGWAS) has displayed superiority in identification of functional genes and in understanding plant metabolic pathways. Combining these advantages with our previous work, 420 accessions of B. napus from all over the world were genotyped by re-sequencing. The phenotype data of resistance to SSR and the variations of metabolites from leaves inoculated with and without the pathogen will be collected and analyzed by GWAS and mGWAS, respectively. The common candidate genes highlighted and mapped to defense metabolites pathway will be identified, and the function of them will be verified by molecular biology experiment. The implementation of this project will reveal the genetic basis and effective metabolites for quantitative resistance in plant defense, which will promote the breeding for enhancing resistance against S. sclerotiorum.
油菜是我国主要油料作物之一，真菌核盘菌引起的菌核病是其主要病害，严重影响着油菜生产。油菜菌核病抗性为多基因控制数量性状，尚未发现免疫或高抗的资源，发掘有效的抗性相关基因和育种材料，培育抗病品种是控制该病的主要措施。植物代谢物在抗病中发挥着重要作用，而近年来基于代谢组的关联分析(mGWAS)在功能基因鉴定和相关遗传机制研究中显示出巨大的优势，如mGWAS位点效应高、可快速筛选候选基因等。本项目拟鉴定已完成全基因组重测序的420份油菜种质资源的菌核病抗性，检测接种核盘菌前、后的代谢物含量，然后通过抗病GWAS和mGWAS分析获得各自关联位点，进一步通过二者的对比分析寻找与抗病性和与代谢物共关联的位点，从而获得抗病相关后候选基因及对应的代谢物，再用适当方法进行候选基因的功能验证。本项目预期结果将为发掘植物数量抗病性基因资源提供借鉴，有助于进一步阐述植株代谢物在菌核病抗病性中的作用及其机制。

结项摘要

油菜是全世界重要的油料作物之一，真菌核盘菌引起的菌核病是其生产上的主要病害。油菜菌核病抗性为多基因控制数量性状，尚未发现免疫或高抗的资源，发掘有效的抗性相关基因和育种材料，培育抗病品种是控制该病的最经济和科学的措施。本研究利用代谢组的关联分析(mGWAS)在功能基因鉴定和相关遗传机制研究中的优势，基于全基因组重测序的420份油菜种质资源的菌核病抗性，检测接种核盘菌前、后的610种代谢物含量，通过抗病GWAS和mGWAS联合分析获得7个抗病性和代谢物含量共关联的位点，进一步挖掘抗病相关候选基因及对应的抗病代谢物鉴定到调控十字花科特有的抗病代谢物硫代葡萄糖苷的合成基因BnaA09.MYB28和转运基因BnaA06.GTR2，并借助CRISPR/Cas9技术创制了叶片高硫苷（抗病）且种子低硫苷（高品质）的油菜育种材料。本项目研究为培育油菜高抗、优质品种提供了优异的种质资源，且方法和结果为阐述作物代谢物在抗病性中的作用和机制提供了方法策略。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
SNP- and Haplotype-Based GWAS of Flowering-Related Traits in Brassica napus.
基于 SNP 和单倍型的甘蓝型油菜开花相关性状的 GWAS
  • DOI：
    10.3390/plants10112475
  • 发表时间：
    2021-11-16
  • 期刊：
    Plants (Basel, Switzerland)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Helal M;Gill RA;Tang M;Yang L;Hu M;Yang L;Xie M;Zhao C;Cheng X;Zhang Y;Zhang X;Liu S
  • 通讯作者：
    Liu S
结合PCA和GWAS解析甘蓝型油菜株型相关性状的遗传调控位点
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    中国油料作物学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张旭;Luqman Bin Safdar;唐敏强;刘越英;张园园;刘胜毅
  • 通讯作者：
    刘胜毅
Enhancing canola breeding by editing a glucosinolate transporter gene lacking natural variation.
通过编辑缺乏自然变异的硫代葡萄糖苷转运蛋白基因来增强油菜育种
  • DOI：
    10.1093/plphys/kiac021
  • 发表时间：
    2022-03-28
  • 期刊：
    Plant physiology
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    He Y;Yang Z;Tang M;Yang QY;Zhang Y;Liu S
  • 通讯作者：
    Liu S
Asymmetric Divergence in Transmitted SNPs of DNA Replication/Transcription and Their Impact on Gene Expression in Polyploid Brassica napus.
多倍体甘蓝型油菜 DNA 复制/转录传递 SNP 的不对称分歧及其对基因表达的影响
  • DOI：
    10.3389/fgene.2021.756172
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Frontiers in genetics
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Tang M;Li J;Hu X;Sun L;Helal M;Chen J;Zhang Y
  • 通讯作者：
    Zhang Y

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甘蓝型油菜叶片高硫苷种子低硫苷的调控机制解析及种质创制
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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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