水稻雄性不育基因DA1调控花药发育的分子机理研究
批准号:
32060455
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
胡丽芳
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:
胡丽芳
中文摘要
水稻是重要的粮食作物,对水稻雄配子发育的研究将为阐明其生殖发育机制及遗传改良提供基础。defective anther1 (da1)是项目组前期通过辐射诱变获得的一个稳定遗传的雄性不育突变体,受单隐性核基因控制。da1花药较小呈白色,在减数分裂后绒毡层和小孢子出现异常。通过图位克隆的方法已分离出目的基因DA1,序列分析表明该其因编码一个功能未知的NEMP蛋白。本课题拟在已有的工作基础上,通过细胞生物学观察与生理生化方法进一步分析其突变表型,结合基因特定表达模式、亚细胞定位、转基因植株及分子调控网络的研究阐明其功能及分子作用机制。通过本研究可加深对水稻花药发育分子机制和调控网络的理解,在应用上为水稻的遗传改良提供理论依据。
英文摘要
Rice is the most important crops in the world, the research on rice male gamete development will provide the basis for the elucidation of rice reproductive development mechanism and genetic improvement. defective anther1(da1) was a stable genetic male sterile mutant derived from radiation mutation, which was controlled by a single recessive nuclear gene. da1 anther was small and white, exhibiting an obvious defect with abnormal tapetum and microspore development after meiosis stage. Using map-based cloning strategy, the DA1 gene has been mapped and cloned successfully, the sequence analysis showed that DA1 encodes a NEMP protein with unknown function. Base on these findings, the mutation phenotype will be further investigated using cell biological observation and physiological biochemistry methods, and the analysis of the special expression pattern, subcellular localization, transgenic rice,interaction protein and molecular regulator network will be performed to ascertain DA1 function and molecular mechanism. This study can deepen the understanding of the molecular mechanism and regulatory network of rice anther development, and provide theoretical basis for rice genetic improvement in application.
花药作为雄性生殖器官,其发育与花粉育性密切相关,花药发育异常通常会导致雄性不育的发生,开展水稻花药发育相关基因的研究具有重要的理论和实践意义。defective anther1(da1)是通过辐射诱变获得的一个稳定遗传的雄性不育突变体,与野生型相比,da1在减数分裂分裂后的第9时期出现明显的表型缺陷,主要表现为绒毡层降解推迟,仍维持在之前的空泡化状态,小孢子呈不规则状。随着花药的不断发育,野生型的小孢子开始累积淀粉形成花粉粒,但da1突变体的绒毡层由于持续的异常降解导致小孢子碎片化,最终仅剩充满药室内腔的降解碎片。扫描电镜的观察发现da1的花粉表面粗糙,有明显的裂缝状。形态学观察分析表明DA1主要影响水稻花药绒毡层的降解和小孢子的发育及花粉壁的形成。通过图位克隆的方法表明突变体中目的基因由于单碱基替换导致蛋白结构改变,进化树的分析表明目的基因主要调控代谢反应。DA1在花药从减数分裂前期(BS8)开始就能检测到少量的表达,在S9和S10时期能检测到较高的表达,随后下降。原位杂交分析显示DA1主要于小孢子和绒毡层中表达。代谢组分析发现,在da1突变体中共鉴定出42种显著差异代谢产物,其中氨基酸类代谢物、脂类代谢物代谢差异最为明显,有6条代谢通路显著受到扰动,其中苯丙氨酸代谢途径出现显著差异。转录组分析发现,在减数分裂期共检测到207个基因表达量出现显著差异(98个表达上调,109个表达下调);在小孢子早期共检测到770个基因表达量出现显著差异(327个表达上调,443个表达下调)。此外,通过对减数分裂期和小孢子早期的差异基因进行比较发现,与细胞壁发育相关的基因在小孢子阶段表达量显著下降,且富集基因主要编码几丁质酶、β葡聚糖酶以及糖基水解酶。该研究为进一步了解DA1在水稻花药发育中的分子机制及随后的遗传改良奠定基础,为水稻杂交育种提供理论基础与基因资源。
水稻ATC基因调控花药ROS稳态及绒毡层PCD的分子机理研究
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批准号:32360477
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:33万元
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批准年份:2023
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负责人:胡丽芳
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依托单位:
水稻花药发育基因DMT1的克隆与功能分析
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批准号:31660385
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:39.0万元
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批准年份:2016
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负责人:胡丽芳
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依托单位:
水稻ROS产生相关基因OsRBOH(LOC_Os01g25820)参与花药发育的研究
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批准号:31160062
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:52.0万元
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批准年份:2011
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负责人:胡丽芳
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依托单位:
国内基金
海外基金