两个小麦赤霉病关联QTL座位上稀有抗性等位基因的解析和育种基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771772
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Fusarium head blight (FHB) in wheat can cause severe yield reduction and accumulation of mycotoxin in grains. Attributing to the Fhb1 gene, Sumai3 has been extensively used in wheat breeding programs for improvement of FHB resistance. Unfortunately, our previous studies suggested that most varieties, including Sumai3, carry FHB-susceptible quantitative trait loci (QTL) on the chromosome arms of 2DS and 4BS, which are probably the causal loci that incur accumulations of toxins such as DON in the grains of Sumai3 after infection by the Fusarium complex. The FHB-resistant alleles at the two QTL were rarely presented in natural germplasm resources and were detected out predominantly in Chinese and Japanese wheat landraces. Chinese wheat landrace Caizihuang carries a resistant allele at the QTL on 2DS and the Japanese wheat landrace Tokai66 carries a resistant allele at the QTL on 4BL, and both varieties show a high level of resistance to FHB and low toxin accumulation in the grains. However, these two resistant alleles have been not accessed in breeding programs. This project is going to create the corresponding mapping populations, to fine map the two resistant QTL, to identify the candidate genes at the two QTL, to develop functionally diagnostic markers, and to decipher their effects on the resistance to toxin accumulation, and on agronomic and yielding traits. The expected achievements of this project would find out potentially novel genes for FHB improvement in breeding programs, and would also be extremely useful in efficient detection and elimination of the susceptible alleles at the two chromosomal loci mentioned above, thus would facilitate the efficiency of improving FHB resistance in wheat.
赤霉病可造成小麦严重减产并在籽粒中积累真菌毒素。苏麦3号主要因携带Fhb1基因而广泛用于抗赤霉病育种。我们前期研究发现,包括苏麦3号在内的大部分品种在2DS和4BL染色体臂上携带感赤霉病QTL,且苏麦3号受赤霉菌感染后籽粒中仍然积累较高的DON毒素。我国小麦地方品种菜籽黄和日本小麦地方品种Tokai66高抗赤霉病和抗毒素积累,它们在2DS和4BL染色体臂上分别携带相应的抗病等位变异,这两个抗病等位基因在自然种质中频率极低,因此在育种中尚未得到有效利用。本项目拟在此基础上,配置相应作图群体,开展这两个抗病QTL的精细作图,筛选可能的候选基因,设计功能性分子标记,解析其在抗毒素积累、农艺和产量性状等方面的效应。研究结果不仅能挖掘新的抗赤霉病基因,为培育高抗赤霉病新种质提供重要基因资源,同时有利于育种过程中高效检测并剔除上述两个位点上的感病等位变异,为提高抗赤育种效率和品种抗性水平提供更多选择。

结项摘要

由禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病可造成小麦严重减产并在籽粒中积累真菌毒素。苏麦3号因携带Fhb1基因而广泛用于抗赤霉病育种。但包括苏麦3号在内的大部分品种在2DS和4BL染色体臂上携带感赤霉病QTL。我国小麦地方品种菜籽黄和日本小麦地方品种Tokai66高抗赤霉病,它们在2DS和4BL染色体臂上分别携带相应的抗病等位变异QFhb.czh_2DS与QFhb.tki_4B。本项目主要开展这两个抗病QTL的精细作图,设计位点鉴别标记,解析其在抗毒素积累等方面的效应,并筛选可能的候选基因。表型精准鉴定、精细作图群体构建以及高通量分子标记开发是实现精细定位和图位克隆的前提。依托该项目,我们发明了新的赤霉病接种鉴定方法“基部穗轴注射法(简称BRII),该法最大的优点是不论在大田或温室环境,接种后均无需采取保湿措施,发病的湿度条件由植株自身体内水分来保证,解决了传统单花滴注法鉴定需要套袋或喷雾、喷水等保湿的问题。在宁7840/Clark群体中,利用BRII方法接种,能够稳定检测到宁7840的2DS染色体上也携带该感病QTL,同时发现该感病QTL对Fhb1有显著抑制作用,单倍型分析表明该QTL来自苏麦3号。进一步通过构建菜籽黄/苏麦3号分离群体并筛选目标QTL杂合子构建了次级分离群体,将QFhb.czh_2DS定位于17.0-23Mb, 开发了目标QTL的鉴别标记Indel.2DS-1。Tokai66在QFhb.tki_4BL位点上携带抗性等位变异,利用亲本重测序和高通量蛋白组分析,鉴定到QFhb.tki_4BL的候选基因TaG3LEA-25,在接种后48小时内Tokai66穗部TaG3LEA-25被明显诱导,而在Clark材料中则不被赤霉菌诱导。通过亲本重测序发现亲本在起始密码子ATG上游约1000bp左右出现一个SNP变异位点,在抗病材料Tokai66中的位点是“C”, 而在感病材料Clark中为“T”,说明TaG3LEA-25受到赤霉菌的诱导可能与该位点存在关联,我们根据该变异设计了位点鉴别标记CAPs。上述阶段性成果为培育高抗赤霉病新种质提供重要基因资源,同时有利于育种过程中高效检测并剔除上述两个位点上的感病等位变异,为提高抗赤育种效率和品种抗性水平提供更多选择。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
浅议小麦赤霉病抗性类型与鉴定方法的对应性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物技术进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    咸莉梅;胡怡;李磊;孙政玺;何心尧;李韬
  • 通讯作者:
    李韬
HGGT 基因与小麦赤霉病籽粒毒素积累的关系解析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    江苏农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴迪;朱素芹;张语卉;花辰;李磊;孙政玺;李韬
  • 通讯作者:
    李韬
A Heterozygous Genotype-Dependent Branched-Spike Wheat and the Potential Genetic Mechanism Revealed by Transcriptome Sequencing.
杂合基因型依赖性分枝穗小麦及其转录组测序揭示的潜在遗传机制
  • DOI:
    10.3390/biology10050437
  • 发表时间:
    2021-05-14
  • 期刊:
    Biology
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Ma T;Li L;Zhao Y;Hua C;Sun Z;Li T
  • 通讯作者:
    Li T
植物类过敏反应介导的抗病研究进展
  • DOI:
    10.19586/j.2095-2341.2018.0082
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    生物技术进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李磊;贡豪;李韬
  • 通讯作者:
    李韬
Development of an Evaluation System for Fusarium Resistance in Wheat Grains and Its Application in Assessment of the Corresponding Effects of Fhb1
小麦籽粒抗镰刀菌评价体系的建立及其在Fhb1相应效应评价中的应用
  • DOI:
    10.1094/pdis-12-19-2584-re
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    PLANT DISEASE
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Gong, Xuan;He, Xinyao;Li, Tao
  • 通讯作者:
    Li, Tao

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  • 发表时间:
    2017
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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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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