课题基金 / 基金详情

玉米株高控制基因DWARF AND STIFF 的克隆与功能研究

批准号:
32070206
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李盛本
依托单位:
学科分类:
植物生殖与发育
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李盛本

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
株高对提高农作物收获指数及抗倒伏能力等方面具有十分重要的作用,绿色革命中小麦和水稻的半矮化育种极大推动了农业生产。大多数玉米矮化材料都伴随性别决定或产量等方面的不利影响,导致生产上的玉米品种普遍植株高大。本项目分离到一份玉米自发的矮生突变体dwarf and stiff (das),该突变体节间数和节间长度均明显下降,但性别决定和育性并无异常,激素处理显示该突变体与赤霉素合成和信号通路无关。精细定位区间含有两个候选基因,均非已知玉米株高相关基因。目前正在进行编辑,以明确引起表型的基因。我们将通过不同植物激素报告株系对DAS基因参与的信号通路进行研究;利用转录组测序推断受该基因调控的下游基因;借助酵母双杂交和IP-MS技术鉴定互作蛋白;通过转基因和双突变体研究揭示与DAS的遗传学关系,解析控制玉米株高的新机制和分子网络,为玉米矮化株型分子设计育种提供基因原件和理论支持。
英文摘要
Plant height is important for harvest index and lodging resistance of corps. The application of semi-dwarf cultivars in Green Revolution had greatly promoted the production of wheat and rice. However, the mechanisms controlling the plant height of maize are not identical with that of wheat and rice. Due to the fact that most maize dwarf germplasms identified so far couple with disturbance including sex determination and yield, the popular maize cultivars are tall. In this project, we isolated a spontaneous maize dwarf mutant, stiff and dwarf (das),which has no defects in sex determination and fertility. Treatment with hormones indicated that the mutant may not be involved in gibberellin pathway. Two candidate genes were identified by map-based cloning, and none of them had been reported to be related with plant height. Gene editing on these two candidates are underway to confirm the causative gene. Next, the gene function will be verified by allelism tests, transgenic complementation, and gene editing experiments; RNA expression and protein sub-cellular localization patterns will be also revealed; Whether and how DAS participate plant hormone pathways will be investigated by introducing various plant hormone reporters and comparing their expression patterns between the wild type das plant; The downstream genes regulated by DAS will be identified by transcriptome sequencing; and DAS interacting proteins will be revealed by yeast two hybrid screen and IP-MS; We expect that a novel molecular mechanism and the regulatory network controlling the plant height of maize could be revealed by the efforts of this project.
玉米是我国种植面积最大的农作物,也是产量最高的谷物,在国民经济中发挥重要的作用,但玉米株型高大,收获指数偏低且容易倒伏,因此挖掘控制玉米株高的关键基因是玉米遗传育种研究中的重要命题。本研究通过突变体筛选获得一个玉米株高等性状发生较大变化的das-1突变体。显微观察和核苷酸标记试验表明细胞数目变少是das-1突变体株高降低的主要原因。Das在进化上高度保守,包含一个Membralin 结构域和5个跨膜结构域,定位于内质网。通过基因编辑获得了Das 基因功能丧失突变体das-2,das-2表现出与das-1高度一致的发育缺陷表型。等位性测试表明二者为同一基因突变产生的等位突变体。das-2突变体影响了部分ERAD组分的蛋白稳态,但不影响该途径的基因转录,推测其作用机制与内质网蛋白稳定性有关。蛋白质组测定发现2个HMGR同源蛋白在das-2中高度积累,分别比野生型增加8.8 倍和5.3 倍,而其mRNA 水平不变。通过烟草瞬时转化实验进一步验证了Das能够促进HMGR蛋白的降解。IP-MS鉴定到大量的候选互作蛋白与E3 连接酶、26S 蛋白酶体等功能相关,暗示Das 可能通过与其它蛋白互作参与了ERAD途径对HMGR 的降解过程。代谢组学测定表明das-2突变体中总甾醇和游离甾醇组分均显著下降,进一步表明Das通过调控甾醇合成限速酶HMGR的稳定性影响玉米甾醇丰度。本研究克隆了负责玉米株高的新基因,揭示了甾醇类物质对玉米株高的调控作用,以及甾醇物质限速酶蛋白稳定性的调控机制,为植物甾醇合成的调控网络以及玉米矮化育种提供了新的理论依据。
ZmCLE2和ZmCLE6小肽调控玉米磷信号转导机制的研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    李盛本
  • 依托单位:
国内基金
海外基金