毛红椿克隆繁殖事件对种群多样性影响及分子驱动机制研究
批准号:
32101515
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
马际凯
依托单位:
学科分类:
树木生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
马际凯
中文摘要
克隆植物种群遗传结构和多样性受到克隆繁殖方式影响,根萌克隆繁殖中SPL基因受到miR156靶向调控影响植物激素合成代谢从而控制根萌芽的形成。毛红椿作为能够克隆繁殖的濒危二级保护树种,通过根萌的方式进行克隆生长。毛红椿克隆繁殖对种群影响以及现象背后的关键驱动基因还不清楚。前期调研发现不同种群根萌发生率不同,猜测毛红椿克隆繁殖对种群结构和多样性有一定影响,且克隆繁殖发生可能受到SPL/miR156类似的分子调控机制驱动。为证实以上假说,九连山、官山自然保护区的毛红椿作为研究对象,通过分子标记分析不同种群结构和遗传多样性,利用高通量测序筛选关键基因,构建超表达载体并转基因验证候选基因功能。为毛红椿植被恢复与保持等研究提供科学的依据以及拓展毛红椿克隆繁殖育种的手段。
英文摘要
The genetic structure and diversity of clonal plant population are affected by its clonal propagation. In root sprouting clonal plant, SPL gene is regulated by microRNA156, which affects phytohormone anabolism controlling the formation of root sprout. Toona ciliata, an endangered secondary protection species and clonal plant, can be cloned by root sprout. The effect of clonal propagation on the population and the key genes driving the phenomenon are still unclear in this species. Our previous work found that the incidence of root sprouting was different among different populations. It is therefore speculated that clonal propagation of T. ciliata has a certain impact on population structure and diversity, and clonal propagation may be driven by similar molecular regulation mechanism of SPL/miR156. To confirm these, T. ciliata growing in Jiulianshan and Guanshan Nature Reserves were selected as the research materials. Molecular markers will be used to analyze the population structure and genetic diversity of different populations. Addtionally, the high throughput sequencing will be appled to generate the key genes. Then, we will construct overexpression vectors and transfer genes to verify the function of candidate genes. Of these, it may provide a scientific basis for the research of vegetation restoration and conservation, and expand the means of clone breeding of T. ciliata.
毛红椿是我国珍惜濒危树种,自然状态下常通过根部萌蘖进行克隆繁殖,导致种群遗传多样性降低,从而削弱了其抵御环境变化的能力。本项目在现有研究基础上,采用多学科手段对毛红椿进行了深入研究,涵盖克隆多样性、形态特征、基因表达、遗传转化及生物信息分析等领域。通过分子标记分析了毛红椿在三个样地的克隆种群空间分布,揭示其自然环境中的克隆扩张模式,并猜测根萌蘖现象可能与降雨量相关。使用组织切片技术,发现根萌蘖组织起始于根部的木栓形成层。利用二代和三代测序平台,获得了高质量的毛红椿参考基因组。以此基因组为参考借助二代测序及差异表达分析,识别到众多差异表达基因,包括mRNA、lncRNA以及miRNA水平,并根据前人研究从中筛选出12个候选基因。同时,克隆出多个与萌芽发育密切相关的候选基因,并进行了生物信息学分析。值得注意的是,将这些候选基因转入拟南芥中,找到了一个与萌蘖芽增殖高度相关的基因,在拟南芥中主要表现为莲座叶基部萌蘖芽显著增殖,与分枝不同的是此萌蘖芽连带有新莲座叶的出现类似形成新的植株。随后在杨树中进行的二次验证也显示转关键基因植株在根茎出萌蘖芽出现显著增殖,再次确认了此关键基因可能在毛红椿根萌蘖发育中起到关键作用。本研究不仅为毛红椿的克隆繁殖现象以及木本植物中根萌克隆繁殖的分子调控机制提供了新的理解。此外,还完善了研究团队分子研究实验平台和遗传转化技术体系,为在非模式物种中开展分子生物学研究提供了宝贵的经验和方法。
国内基金
海外基金