课题基金 / 基金详情

KRPa基因调控水稻多胚生殖的机理与应用研究

批准号:
32071986
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张健
依托单位:
学科分类:
作物种质资源学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张健

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
多胚生殖是具有生物学共性的基础科学问题,也是农作物实现杂种优势固定的重要途径。水稻中多胚生殖的调控基因及调控机理至今未知。我们通过敲除水稻KRPa基因得到了稳定、高效的多胚生殖株系,其中部分多胚苗被鉴定为单倍体,可应用于诱导水稻无融合生殖。遗传互补可将突变体回复到单胚生殖表型。KRPa编码一个在种子中优先表达的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子。我们推测KRPa可能通过调控配子细胞的分裂状态来决定细胞的分化命运。本研究旨在明确KRPa在水稻胚胎发育中的生物学功能;确认krpa调控多胚生殖的细胞学基础;鉴定KRPa的互作蛋白,阐明KRPa的分子调控机制。同时,我们还将尝试遗传操控KRPa在杂交稻背景中诱导无融合生殖,探索基因在水稻杂种优势固定方面的应用潜力。本研究的实施将丰富我们对多胚生殖的调控机制的了解,并为创制新的水稻无融合生殖材料提供优良的基因资源。
英文摘要
Polyembryony is a fundamental question in reproductive biological research, as well as a key way to fix heterosis in crop production. So far, what genes and how do they regulate polyembryony remain blank in almost all species. By knocking out KRPa gene in Nipponbare background, we obtained rice lines generating stable and high ratio of polyembronic progenies. Some of the polyembronic seedlings have been cytologically identified as haploid, showing great potential in apomixes induction and heterosis fixation. Genetic complementation rescued the mutant to single embryo reproduction as the WT. KRPa encodes a cyclin-dependent kinase inhibitor which is predominantly transcribed in developing seeds. We hypothesized that KRPa regulates gametocyte cell cycling to determine the differentiation fate of cells in reproduction. This proposal aims to characterize the biological function of KRPa in rice embyony, investigate the cytological features of krpa in polyembryonic development, and elucidate the molecular mechanism of KRPa-regulated rice embryony by searching proteins interactive with KRPa. Moreover, we will attempt to genetically manipulate KRPa in hybrid rice background to induce apomixes, and explore its potential in crop heterosis fixation. The output of this study will greatly enhance our understanding of polyembryonic development, and provide useful gene resource for rice apomixes indcution.
多胚生殖是具有生物学共性的基础科学问题,也是农作物实现杂种优势固定的重要途径。水稻中多胚生殖的调控基因及调控机理至今未知。我们通过敲除水稻KRPa基因得到了稳定、高效的多胚生殖株系,其中部分多胚苗被鉴定为单倍体,可应用于诱导水稻无融合生殖。在此基础上,本研究针对KRPa在水稻胚胎发育中的生物学功能,调控多胚生殖的细胞学基础, KRPa的互作蛋白和分子调控机制开展研究,获得以下主要结论: .1.与野生型相比,krps五个同源基因突变体突变体植株表型均明显变矮,千粒重显著下降8%到11%左右。krpa种子萌发后出现4%-9%左右的多胚表型,且世代间可稳定遗传。细胞流式分析结果显示,与野生型日本晴相同,28株krpa多胚苗单株倍性检测结果均为二倍体。.2.石蜡切片发现krpa胚中的细胞结构出现异常,在受精前与受精后的不同时期的胚中观察到三种胚囊异常形态,分别为2%的双子房、2.4%的双胚囊与0.4%的三胚囊。.3.KRPs五个同源基因在发育中的种子中表达量最高,暗示KRPs家族可能在种子发育早期发挥重要作用。KRPA在发育中的种子(20-DAP)中表达量最高,其蛋白定位于细胞核中。.4.与野生型日本晴相比,krpa突变体中共有245个基因差异表达,且165个基因下调表达,其中包含9个参与生殖细胞发育的基因。.5.KRP蛋白可与CDKF;3和CDKC;2互作,但不与CDKA;2和CDKE;1互作,暗示着KRP可能通过与CDK类激酶互作来调控生殖细胞的分裂,从而造成多胚表型。.6.多次创制了krpa(cy)植株,但因种子数目偏少,未发现无融合生殖现象,仍需进一步更换杂交稻品种背景或加大转化规模去评价其生产应用价值。.本研究丰富了水稻KRPs家族的功能,并获得了krpa高频可遗传多胚材料,有望通过筛选多胚中的无融合生殖材料将其应用到育种中去。
水稻耐穗萌基因的挖掘与育种利用
  • 批准号:
    U22A20456
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    255.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    张健
  • 依托单位:
种子特异表达NF-Y转录因子调控稻米品质的分子机制与网络研究
  • 批准号:
    LZ21C130001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    张健
  • 依托单位:
水稻FYVE结构蛋白基因MS2调控花粉育性的分子机制研究
  • 批准号:
    31871229
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    张健
  • 依托单位:
SnRK2类蛋白基因SAPK10在水稻种子发育和休眠中的功能研究
  • 批准号:
    31401366
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    张健
  • 依托单位:
国内基金
海外基金