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小麦孕穗期根深相关基因液泡分选受体TaVSR功能解析及单倍型分析

批准号:
31801347
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
王景一
学科分类:
作物基因组及遗传学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
李超男、李龙、Faheeda Soomro、王瑞同、白彦明

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
根深对作物吸收土壤深层水分和养分具有重要作用。孕穗期是小麦产量形成的关键时期,孕穗期根深直接影响小麦的产量和抗逆性。然而由于小麦根系研究难度大,针对根深的研究非常少。项目组以小麦自然群体为材料,通过全基因组关联分析筛选到1个孕穗期控制根深的基因:液泡分选受体TaVSR。研究发现拟南芥和小麦VSR突变均导致根系变短,小麦不同材料间TaVSR启动子区转座子差异是影响孕穗期根深的主要因素。本项目拟在前期工作的基础上,通过转基因及突变体分析TaVSR对根尖平衡石、PIN蛋白和生长素含量及分布影响,揭示其调控根系发育的分子机理;同时通过比较自然群体材料中TaVSR启动子区转座子有无、DNA甲基化水平高低、基因表达差异,揭示不同单倍型差异表达的分子机理,并通过转基因验证不同单倍型的功能,确定控制根深的优异单倍型,为阐释小麦根系发育提供理论依据,为小麦育种提供优异基因和种质资源。
英文摘要
Root depth plays an important role in absorbing soil deep water and nutrients. Booting stage is the key period affecting wheat yield, so root depth at this stage is of great significance to improve wheat yield potential and stress resistance. Given the difficulties of wheat root research, the molecular genetic basis for root depth in wheat is still rare. To bridge the gap, we used a natural population composed of 323 accessions to perform genome wide association study (GWAS), and a candidate gene encoding a vacuolar sorting receptor (VSR) was identified which controls root depth at booting stage in wheat. Our further analysis showed the mutation of VSR in both Arabidopsis and wheat led to a shorter root phenotype. Haplotype analysis showed transposon insertion/deletion in TaVSR promoter region is the key factor controlling root depth at booting stage. The present research will further elucidate the role of TaVSR in regulating root depth. Transgenic plants overexpressing TaVSR and mutant will be used to characterize the influence of TaVSR on content and distributions of statolith starch, PIN protein and auxin in roots. Simultaneously, the DNA methylation status in TaVSR promoter region and expression level of TaVSR gene will be identified to discover the differential expression mechanism of TaVSR haplotypes. Furthermore, different haplotypes of TaVSR will be transferred into wheat to clarify their functions. This project will enhance our understanding of the molecular mechanism of deep root, and provide elite alleles for wheat breeding.
根系深度是作物根系构型的重要组成性状,在作物生长发育、产量形成和非生物胁迫耐性等方面发挥着重要作用。孕穗期是小麦产量形成的关键时期,该时期的根深直接影响小麦对深层土壤水分和养分的吸收,最终作用于产量和抗逆性。然而由于根系研究难度大,影响孕穗期根深的遗传机制尚不清楚。 .该研究调查了323份小麦种质的根深,并利用小麦660K SNP基因组芯片对这些材料进行基因分型,通过全基因组关联分析,检测到一个与孕穗期根深相关的液泡分选受体基因TaVSR1-B。小麦材料TaVSR1-B启动子区转座子(MITE)的差异导致DNA甲基化水平及组蛋白修饰H3K27me3不同,进而影响基因表达,使孕穗期根深表现显著差异。对过表达TaVSR1-B基因的小麦、水稻及突变体材料表型鉴定揭示了其对根系生长的作用。初步证据表明,TaVSR1-B可能通过影响液泡的形成,促进伸长区细胞转变为成熟区细胞,进而影响根深。综合来看,TaVSR1-B表达量升高,根伸长区变短,成熟区变长,根深增加。.该研究揭示了TaVSR1-B在控制根深方面的功能,并明确了与深根系相关的优异单倍型以及不同单倍型差异表达的分子机理。这项工作为阐释小麦根系发育提供理论依据,为小麦育种提供优异基因和种质资源。
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DOI: 10.1111/pbi.13564
发表时间: 2021-07
期刊: Plant biotechnology journal
影响因子: 13.8
作者: [Wang J, Li L, Li C, Yang X, Xue Y, Zhu Z, Mao X, Jing R]
通讯作者: Jing R
干旱条件下小麦控制籽粒饱满度的UDP糖基转移酶基因功能解析
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