高粱Dry基因调控的下游基因的挖掘和功能分析
批准号:
32072026
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
景海春
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:
景海春
中文摘要
甜高粱是一种重要的能源作物,其茎秆富含汁液和糖分。在前期工作中我们鉴定到了控制高粱茎秆持汁性的Dry基因,其功能的丧失是甜高粱茎秆富含汁液的主要原因。Dry基因编码植物特异的NAC转录因子,但是对于其如何调控高粱茎秆中的水分含量并不清楚。本研究将在前期研究基础上,综合运用转录组测序、茎秆含水量全基因组关联分析、MutMap和CHIP-seq等方法挖掘Dry基因调控的下游基因。同时,对于得到的重要候选基因,将安排相应的分子生物学实验、细胞学实验和生理实验分析其功能。本研究的结果将阐明高粱茎秆中水分的储存转运机制,进而为精准调控高粱茎秆中的水分含量提供必要的分子模块,从而促进甜高粱在生物乙醇、青贮饲料等产业中的应用,同时也为改良其它作物茎秆提供重要的参考价值。
英文摘要
The stem of sweet sorghum accumulates high amounts of juice and directly fermentable sugars at maturity, which makes it a vitally important crop for bioenergy. In our previous work, we have identified the Dry gene that controls the stem juiciness and demonstrated that the loss-of-function of Dry results in juice-rich sorghum stem. The Dry gene encodes a plant-specific NAC transcription factor, however, the knowledge on how Dry gene acts to control stem juiciness is still limited. The aim of this study is to combine the RNA-seq, genome wide association studies of stem water content, MutMap analysis and CHIP-seq to reveal the downstream genes regulated by Dry. For the key genes obtained in the regulatory network, a range of molecular, cellular and physiological experiments will be conducted to dissect their molecular and cellular mode of action. This project is an essential step forward to explain the regulation of water retention and transportation in stem / shoot. The outcome of this project will not only provide the important molecular modules for fine-tuning stem water content and further promote the application of sorghum in bioethanol and silage production, but also provide important clues for improving stem texture in other major cereals.
本项目利用基因组学和分子遗传学的方法开展了甜高粱茎秆含汁量和含糖量方面的遗传调控研究。我们在前期通过全基因组关联分析和图位克隆的方法,鉴定并克隆到了控制甜高粱茎秆持汁性的Dry 基因。在本项目中,我们首先对Dry基因在玉米中的同源基因进行基因编辑,并获得Zm00001d00305单敲除突变体(Zmdry1)和Zm00001d00305 Zm00001d025861双敲除突变体(Zmdry1 dry2),二者茎秆中的含水量均显著高于野生型,这表明Dry基因在调控茎秆持汁性方面具有一定的功能保守性。为了解析Dry基因调控茎秆持汁性的机制,我们利用酵母双杂交筛库和双荧光素酶互补实验筛选并验证出Dry的候选互作蛋白VNI2(VND INTERACTING 2);对 VNI2基因在玉米中的同源基因Zm00001d023669进行编辑并获得其单敲除突变体(Zmvni2),该突变体茎秆中的含水量也显著高于野生型,这一遗传证据表明VNI2也参与调控茎秆的持汁性。Dry基因编码一个NAC转录因子,因为我们利用DAP-seq鉴定其在全基因组上的结合位点,发现约有19.8%的结合峰位于启动子区域,分布在11115个基因上,GO富集分析显示细胞壁相关通路被显著富集;同时我们取NIL-Dry E-tian和NIL-dry E-tian进行RNA-seq,共鉴定到493个差异基因,GO富集分析显示细胞壁相关通路也被显著富集,这暗示Dry可能通过调控细胞壁的合成发育影响含水量;为了进一步筛选Dry的下游靶基因,将DAP-seq和RNA-seq进行联合分析共获得175个交集基因,EMSA实验表明Dry与两个编码细胞壁扩展蛋白的基因SbJi2731.03G417300和 SbJi2731.07G020700 存在特异性结合,后续将深入解析Dry如何通过影响细胞壁的形态进而调控茎秆持汁性。此外,我们通过调查高粱自然群体材料茎秆的糖含量并进行全基因组关联分析,也鉴定到了Dry位点;利用DAP-seq和RNA-seq筛选到下游靶基因SbSTP1,并证明Dry与SbSTP1的启动子区结合后增强其转录活性,SbSTP1基因敲除材料的表型也初步表明该基因参与调控茎秆中的含糖量。综上,本项目旨在解析Dry基因调控茎秆持汁性和茎秆糖分储存转运的机制,为高粱改良提供理论依据。
甜高粱茎秆含汁量调控基因JRG的图位克隆与功能分析
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批准号:31471570
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项目类别:面上项目
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资助金额:90.0万元
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批准年份:2014
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负责人:景海春
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依托单位:
高粱自交系获得与缺失变异的挖掘及其对重要农艺性状影响的研究
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批准号:31271797
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:景海春
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依托单位:
拟南芥OLD1基因的功能分析
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批准号:30970252
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2009
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负责人:景海春
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依托单位:
国内基金
海外基金