多倍体水稻花粉育性稳定的细胞及分子机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31270356
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0207.植物生殖与发育
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Polyploidy is a crucial pathway in rice breeding. However, the problem of low seed set rate due to disorganized meiosis has become a bottleneck for polyploidy rice breeding. The discovery and application of PMeS successfully overcame the low seed set rate of polyploidy rice. The PMeS line with the normal pollen fertility was selected because of its especially stable meiosis behavior and high seed set rate. The differential expression of anther proteins during meiosis of PMeS and no-background PMeS was explored by using a comparative proteomics approach, and PPFS of ABC family was screened in the PMeS(Polyploid-Pollen-Fertility-Stability) which was significantly high expressed confirmed by real time RT-PCR. PPFS pollen fertility declined distinctly and a lot of abnormal changes were discovered during meiosis and early pollen periods. The pollen fertility became normal after PPFS function compensated for ppfs. According to the former results, we will study the cytological events leading to the stable pollen fertility of polyploidy rice, the essential function of PPFS and the molecular mechanism of regulating PPFS expression. Meanwhile, more differential expression proteins would be identified, and their function in pollen fertility of polyploidy rice would be verified. All these will contribute to explain the cytological and molecular mechanism about the stable pollen fertility of polyploidy rice comprehensively and will supply the theoretical guidance for selection the key germ plasm of polyploidy rice breeding.
多倍化是水稻育种的重要途径,但因减数分裂紊乱导致的低结实率一直是制约多倍体水稻育种的瓶颈。减数分裂稳定品系PMeS的成功选育,突破了低结实的难关。前期研究证实PMeS花粉育性正常并高结实。采用比较蛋白质组学方法分析PMeS与非PMeS减数分裂时期花药蛋白质的差异表达,筛选出了在PMeS中显著高表达的ABC家族成员PPFS(Polyploid-Pollen-Fertility-Stability),定量PCR证实其显著高表达。ppfs花粉育性显著下降,减数分裂和早期花粉出现异常,基因功能补偿后恢复正常。本项目拟在此基础上研究影响多倍体花粉育性稳定的细胞学事件;深入探讨PPFS在多倍体水稻花粉育性中的作用;解析调控PPFS表达的分子机制。同时进一步对其它差异蛋白进行鉴定,并验证其在花粉育性中的作用。以期较全面理解多倍体水稻育性稳定的细胞及分子机制,为多倍体水稻育种中关键种质的选择提供理论依据。

结项摘要

多倍化是水稻育种的重要途径,但因减数分裂紊乱导致的低结实率一直是制约多倍体水稻育种的瓶颈。多倍化影响花粉育性稳定的关键细胞学事件是减数分裂。PMeS(减数分裂稳定品系)具有类似二倍体水稻的稳定减数分裂行为,但没有PMeS背景的材料自身减数分裂紊乱,且杂交后代结实率低。减数分裂稳定品系PMeS的成功选育,突破了低结实的难关。前期研究证实PMeS花粉育性正常并高结实。采用比较蛋白质组学方法分析PMeS与非PMeS减数分裂时期花药蛋白质的差异表达,结果显示PMeS中上调表达的蛋白质152个,下调表达的蛋白质48个。已经筛选出了与花粉育性可能相关的基因多个。其中在PMeS中显著高表达的ABC家族成员PPFS(Polyploid-Pollen-Fertility-Stability),定量PCR证实其在减数分裂时期显著高表达。GUS 染色显示该基因在花药和子房中优势表达,在营养体根、叶中未检测到表达。进化树分析表明,ABC1基因在21个物种中均有存在,同源性较高,说明该基因在进化上相对保守。ppfs花粉育性显著下降,减数分裂和早期花粉出现异常,基因功能补偿后恢复正常。PPFS在高低结实材料中显著差异表达的关键时期在减数分裂期。后续通过突变体、回补突变体,PPFS超量表达植株及amiRNA干扰植株结果分析表明,PPFS表达量高低与花粉发育之间存在明显的相关性。瞬时表达载体定位表明该基因主要在细胞膜上表达,与基因的定位预测基本一致。启动子比较分析表明PMeS和非PMeS材料在启动子区存在序列差异。该基因在PMeS和非PMeS、二倍体和四倍体材料中不存在甲基化修饰差异。RNA差别表达分析筛选出了多个在PMeS中显著差异表达的减数分裂相关基因,同时研究还获得了大量SNP、可变剪接预测以及新基因的发掘和注释信息。以期较全面理解多倍体水稻育性稳定的细胞及分子机制,为多倍体水稻育种中关键种质的选择提供理论依据。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Cytomorphological Characterization of the Backcross Progeny of Synthetic Amphiploid Rice (AABB) and Tetraploid Oryza sativa (AAAA)
合成双倍体水稻 (AABB) 和四倍体水稻 (AAAA) 回交后代的细胞形态学特征
  • DOI:
    10.5539/jas.v5n12p30
  • 发表时间:
    2013-01-01
  • 期刊:
    J agric sci
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cai, D.;Song, Z.;Zhang, X.
  • 通讯作者:
    Zhang, X.
模块化和“部分游离教材”的细胞生物学教学体系的建立研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    细胞生物学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨勇;杨艳燕;张海谋;蔡得田
  • 通讯作者:
    蔡得田
The effect of genome duplication on seed germination and seedling growth rice under salt stress
盐胁迫下基因组复制对水稻种子萌发及幼苗生长的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Australia journal of crop science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Song Zhaojian;He Yuchi (何玉池);Cai Detian;Xue Xiaoqiao
  • 通讯作者:
    Xue Xiaoqiao
Genome duplication improves rice root resistance to salt stress.
基因组复制提高了水稻根部对盐胁迫的抵抗力
  • DOI:
    10.1186/s12284-014-0015-4
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Rice (New York, N.Y.)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tu Y;Jiang A;Gan L;Hossain M;Zhang J;Peng B;Xiong Y;Song Z;Cai D;Xu W;Zhang J;He Y
  • 通讯作者:
    He Y
Development and characterization of synthetic amphiploid (AABB) between Oryza sativa and Oryza punctata
稻和点稻合成双倍体 (AABB) 的发育和表征
  • DOI:
    10.1007/s10681-012-0821-y
  • 发表时间:
    2013-01-01
  • 期刊:
    EUPHYTICA
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Wang, Aiyun;Zhang, Xianhua;Cai, Detian
  • 通讯作者:
    Cai, Detian

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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
    孙蒙祥
栽培稻与疣粒野生稻杂种二倍体和四倍体的鉴定及比较
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    --
  • 发表时间:
    --
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    作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋兆建;2 College of Life Sciences,Wuhan University,Wuhan;杜超群;胡亚平;唐志强;陈冬玲;何玉池;何光存;蔡得田;SONG Zhao-Jian1,DU Chao-Qun1,HU Ya-Ping1,TANG Zhi-
  • 通讯作者:
    SONG Zhao-Jian1,DU Chao-Qun1,HU Ya-Ping1,TANG Zhi-
海稻86 芒性状特点及遗传分析
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    植物学研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕品苍;王维;屈天歌;贺文婷;刘勇涛;张献华;何玉池;宋兆建;蔡得田
  • 通讯作者:
    蔡得田

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何玉池的其他基金

PPFS调节多倍体水稻花粉育性的功能研究
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高结实性亚种间四倍体水稻生殖机理研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2007
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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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