课题基金 / 基金详情

HSR1抑制高温胁迫下稻米垩白形成的分子机制研究

批准号:
32071991
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
胡时开
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:
胡时开

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
垩白易造成稻米外观品质变差,影响稻米加工品质和市场价值,而高温胁迫是加剧垩白形成的主要因素。在前期研究中,申请人从粳稻日本晴遗传背景下筛选到一个高温胁迫下稻米低垩白突变体hsr1,其表现为高温胁迫后垩白粒率和垩白度均显著低于野生型。本申请在获得HSR1候选基因并完成转基因互补验证的基础上,拟进一步开展系列功能表达载体构建及遗传转化,明确HSR1的组织和时空表达特征,以及抑制高温胁迫下稻米垩白形成的生理响应途径;开展温度梯度处理后叶绿体等细胞器编码基因转录后修饰分析,明确HSR1对细胞器基因转录后修饰在调控高温胁迫下稻米垩白形成中的作用;开展互作蛋白或细胞器编码基因RNA转录本筛选与鉴定,结合遗传双突变体构建、RNA结合蛋白免疫沉淀和凝胶阻滞实验,阐明HSR1抑制高温胁迫下稻米垩白形成的遗传机制,并利用核心种质资源,进行HSR1等位基因型鉴定,探索其在高温低垩白优质稻米分子设计育种中的前景。
英文摘要
Chalkiness leads to the deterioration of grain appearance quality, which affects grain processing quality and commodity value in rice. And high temperature stress is the main factor aggravating grain chalkiness formation. In previous study, from the Nipponbare mutant library, we obtained a low chalkiness mutant hsr1 (high-temperature stress response 1) which shows that the chalky grain rate and the chalkiness degree was significantly lower than that of the wild type after high temperature stress treatment. Based on map-based cloning of HSR1 candidate genes and transgenic complementation verification, we will further carry out series of functional expression vector construction and genetic transformation to clarify the specificity of temporal and organization expression of HSR1, as well as the physiological response pathway to inhibit chalkiness formation under high temperature stress. We will develop the post-transcriptional modification analysis of organelle coding genes after temperature gradient treatment to clarify the role of post-transcriptional modification of the organelle genes by HSR1 in regulating rice chalkiness formation under high temperature stress. Meanwhile, we will carry out screening and identification of interaction proteins or organelles coding RNA transcriptions of HSR1. Then we will illustrate the effect of HSR1 inhibiting the rice chalkiness formation under high temperature stress with the construction of the genetic double mutant, RNA binding protein immunoprecipitation and electrophoretic mobility shift assays (RNA-EMSA) results. Finally, we will identify the alleles of HSR1 in conventional core germplasm resources to explore its application prospect in molecular design breeding in high quality rice.
如何减轻高温胁迫下稻米垩白的形成是目前优质稻米生产实践中急需解决的问题。在前期完成转基因互补与基因编辑等证明HSR1是抑制了高温胁迫下胚乳垩白的形成的目的基因基础上,本项目首先对野生型NIP和突变体hsr1胚乳淀粉颗粒形态及理化性质进行了分析。高温胁迫下形成的籽粒横断面扫描电镜观察发现,野生型日本晴垩白区域由疏松、空隙较大的球形淀粉颗粒组成,而突变体hsr1胚乳内充满密集、规则的多面体淀粉颗粒。GUS染色观察发现,HSR1启动子融合GUS信号在幼苗期叶片中染色较深,在发育中胚乳背部着色,且染色程度随着胚乳发育进程的推进逐渐减弱,在灌浆后35天胚乳中基本不着色。利用RT-PCR检测HSR1在不同发育阶段种子等组织器官中的表达模式与GUS染色结果相一致。HSR1编码一个叶绿体定位的三角状五肽重复结构域包含蛋白。对温度梯度处理后野生型NIP和突变体hsr1各样品进行细胞器编码基因转录后碱基编辑效率、转录本剪接效率等分析发现,叶绿体编码基因ndhB/F、ycf3、rps12等转录本部分特异碱基位点和剪接效率,均不同程度的表现出受温度处理影响。通过RNA-CHIP及免疫沉淀产物进行扩增表达分析发现,叶绿体编码基因ndhB/D/F、rps8/12/16和ycf3等转录本在免疫沉淀产物中高富集。RNA-EMSA实验证明His-HSR1蛋白可特异绑定ndhF RNA探针,而与上述其他叶绿体编码基因转录本不能直接绑定。根据HSR1编码区多个SNP位点差异,共鉴定了8种单倍体型,Hap1 主要在粳稻中,Hap2和Hap3 主要在籼稻中,Hap4 主要在aus品种中,Hap5 籼粳稻中均有分布,而Hap6、Hap7和Hap8为稀有变异。通过对已有的NIP和9311、NIP和PA64、9311和PA64的片段代换系群体进行重测序和芯片扫描分析,筛选出了9311背景下代换NIP中单倍型、9311背景下代换PA64中单倍型和NIP背景下代换PA64中单倍型的近等基因系。对上述近等基因系高温处理后精米外观和加工品质分析发现,Hap5对大米外观和加工品质具有正向效应,而Hap1对大米外观和加工品质具有负向效应,稀有等位变异Hap6在水稻品质遗传改良中具有重要的应用前景。相关研究明确了HSR1抑制高温胁迫下稻米垩白形成的分子机制,为优质稻分子设计育种提供了重要基因和种质资源。
稻米营养和安全品质关键基因挖掘及其遗传机理研究
  • 批准号:
    LDQ23C130001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    胡时开
  • 依托单位:
水稻伸长节间分蘖芽伸长抑制基因ABR1的分子调控机制研究
  • 批准号:
    31872861
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    胡时开
  • 依托单位:
GHD10调控水稻穗部形态的机理与应用研究
  • 批准号:
    31501279
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    胡时开
  • 依托单位:
国内基金
海外基金