大豆生物钟基因GmCCA1/LHYs耐高pH盐碱胁迫的功能研究
批准号:
31871648
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
李美娜
依托单位:
学科分类:
作物基因组及遗传学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
林晓雅、范甜、刘敏、吕天晓、谢楚萍、李廷雨、陈紫媚
中文摘要
有效利用盐碱滩涂等荒地增加种植面积是提高大豆产量的重要途径。生物钟是植物生命机体的调控中枢,通过整合环境信号、调整资源分配,以平衡生长和抗逆性。CCA1/LHY基因是植物生物钟核心元件,申请者前期研究发现大豆GmCCA1/LHYs基因特异性响应高pH盐碱胁迫,显示其在大豆耐高pH盐碱胁迫中起到重要作用,然而分子机制尚不清楚。因此,本研究将利用基因编辑技术同时敲除四个GmCCA1/LHY基因以确定其功能;并采用免疫共沉淀与质谱法鉴定与其互作的蛋白;同时利用转录组测序及染色质免疫共沉淀技术,鉴定共同参与其耐盐碱胁迫的信号分子,分析可能参与GmCCA1/LHYs耐高pH盐碱胁迫的信号通路;从而深入解析其协同大豆生长和抵抗高pH盐碱胁迫的分子机制;挖掘优良等位变异种质资源,用于耐盐碱大豆分子育种。本项目研究成果不但可以加深对大豆盐碱胁迫分子机制的理解,而且能够为大豆分子育种提供理论基础和育种资源。
英文摘要
Soybean [Glycine max(L.) Merrill] is the primary source of protein and vegetable oil supply for residents in China, and it is mainly dependent on import. It is an important way to increase the planting area and yield of soybean by effectively utilizing the wasteland of salt and alkali marsh. The circadian clock is a central hub in the sophisticated regulatory network in plants, which coordinates the growth and resistance of plants by integrating different environmental signals and adjusting the distribution of resources. CCA1/LHY gene is the core element of plant circadian clock. Previous studies have found that soybean GmCCA1/LHYs gene specifically responds to high-pH alkali stress rather than other adversity stresses, suggesting that it plays an important role in soybean high-pH alkali tolerance; however the molecular mechanism is not clear. In this study, firstly, using the CRISPR-Cas9 gene editing technology the four GmCCA1/LHY genes will be simultaneously disrupted to determine their function. Moreover, immunoprecipitation and ultrahigh resolution Mass spectrometry will be conducted to identify the interacting proteins and determine the signaling pathways involved in the GmCCA1/LHYs mediated high-pH alkali tolerance. In addition, the transcriptome sequencing and chromatin immunoprecipitation combined with the next generation sequencing will be performed to determine the signaling molecules involved in the GmCCA1/LHYs high-pH alkali tolerance and DNA segment associated with GmCCA1/LHYs. Eventually the outcome will greatly facilitate the elucidation of molecular mechanisms of underlying GmCCA1/LHYs in coordinate growth and high-pH alkali tolerance. This study will provide an important theoretical basis for the cultivation of new salt-alkaline tolerant soybean varieties.
大豆是我国主要粮食作物之一,是我国居民蛋白质和植物油供应的主要来源,但我国每年需要进口大量大豆来填补国内产量不足的缺口,严重威胁我国粮食安全。根据目前全国土壤普查统计,除18亿亩红线耕地,我国盐渍土约5亿亩,其中可开发利用面积达2亿亩,这些土地的利用是我国未来农业发展的关键。培育可供产业化推广的耐盐碱大豆品种对利用盐碱地增加大豆种植面积,最终提高我国大豆产量具有重要意义。生物钟(Circadian Clock)作为植物生命机体的中心枢纽,在应对干旱、极端温度、营养缺失及盐胁迫等逆境环境中起到了门控(Gating)作用,极大地平衡了植物生长与抗逆性。我们发现生物钟核心因子LHY (Late Elongated Hypocotyl)在大豆中的四个同源基因GmLHYs(GmLHY1a/1b/2a/2b)特异响应高pH盐碱胁迫(NaHCO3),四个基因的最高表达量没有改变,但是相位(Phase)均提前约4个小时。在前期工作基础上,本项目中我们综合运用遗传学、生物信息学、分子生物学和生物化学等方法深入解析大豆生物钟基因GmLHYs调节高pH盐碱胁迫的分子机制。突变体表型分析发现GmLHY1a和GmLHY1b单突变体耐受盐碱胁迫,GmLHY2a单突变体表现为对盐碱胁迫敏感,GmLHY2b与对照无明显差异,而四突变体lhy-4m则呈现为盐碱敏感表型,酵母双杂交实验揭示这四个GmLHYs蛋白间可以形成不同的蛋白复合体,在盐碱胁迫时可能存在主效复合体通过直接调控APR(Adenosine 5’-Phosphosulfate Reductase)基因表达促进谷胱甘肽的合成,降低氧化损伤,从而正向调控盐碱胁迫。本项目研究结果能够为培育耐盐碱大豆品种提供理论依据和遗传资源。
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Two homologous LHY pairs negatively control soybean drought tolerance by repressing the abscisic acid responses
两个同源 LHY 对通过抑制脱落酸反应负向控制大豆耐旱性
DOI:
10.1111/nph.17019
发表时间:
2021
期刊:
NEW PHYTOLOGIST
影响因子:
9.4
作者:
[Wang Kai, Bu Tiantian, Cheng Qun, Dong Lidong, Su Tong, Chen Zimei, Kong Fanjiang, Gong Zhizhong, Liu Baohui, Li Meina]
通讯作者:
Li Meina
DOI:
10.16288/j.yczz.20-357
发表时间:
2021-01-01
期刊:
Yichuan
影响因子:
--
作者:
[Sun, Xiaoyuan, Wang, Yifan, Li, Meina]
通讯作者:
Li, Meina
DOI:
--
发表时间:
2020
期刊:
黑龙江农业科学
影响因子:
--
作者:
[陈紫媚, 孙小媛, 王韫慧, 王一帆, 刘宝辉, 李美娜]
通讯作者:
李美娜
DOI:
10.1073/pnas.1708508116
发表时间:
2019-11-19
期刊:
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
影响因子:
11.1
作者:
[Li, Meina, Cao, Lijun, Wang, Wei]
通讯作者:
Wang, Wei
大豆核雄性不育位点MS2的基因克隆及功能研究
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批准号:32072084
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项目类别:面上项目
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资助金额:59.0万元
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批准年份:2020
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负责人:李美娜
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依托单位:
国内基金
海外基金