水稻LEC/B3基因与OsPHS116基因在决定种子休眠中的协同机制

批准号:
31701513
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
魏丕伟
依托单位:
学科分类:
C1307.作物基因组及遗传学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
康振辉、王凌云、胡告、何超红
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中文摘要
LEC/B3基因是一类种子发育特异、对种子休眠的形成具有正调控功能的转录因子,在拟南芥中已有报道。在水稻中除了OsVP1外一直没有找到其他的同功能基因。甚至,有关水稻胚胎发育异常的突变体也鲜有报道。穗发芽,是禾谷类作物普遍存在的现象。种子休眠的形成机制与穗发芽具有紧密联系。本项目寻找到了一个胚胎发育异常的穗发芽突变体phs116,使用CRISPR-Cas9技术对其进行OsLEC1、OsLEC2等LEC/B3基因的定点敲除,构建phs116/lec1和phs116/lec2双突变体。分析其与lec1、lec2、phs116单突的表型重叠情况,以及LEC/B3基因在phs116中的表达变化,找到它们的网络调控关系。对上述突变体材料和野生型进行RNA-sequencing转录组比较分析。这不仅有助于揭示水稻种子弱休眠和穗发芽的形成机制,还对单子叶植物LEC/B3同功能基因的发现具有重要的意义。
英文摘要
As reported in Arabidopsis thaliana, LEC/B3 gene family was one kind of seed-specific transcriptional factors that positively regulate the seed dormancy. While in rice except for OsVP1, there was no defined homologous gene with the same function as in Arabidopsis thaliana. Actually research on rice embryo-defective mutants were rare to date. Pre-harvest spouting (PHS),which had a highly close relationship with the switch-on of seed dormancy,was a widespread and common issue in crop species. In this project, one rice mutant phs116, which showed serious PHS and displayed great abnormality in its seed development, would be selected as material,upon which the OsLEC/B3 genes, such as OsLEC1 and OsLEC2,would be knockout by CRISPR-CAS9 technique.Thus, the double mutants phs116/lec1and phs116/lec2 would be created. To explore the network of these regulators gene, the over-lapping phenotype among the double mutants and the single mutant Oslec1、Oslec2、phs116 will be investigated, and also, the expression of the OsLEC/B3 genes in phs116 would be measured, compared with those in the wild type. The transcriptomics information among wild-type and those mutants would also be detected and compared through RNA sequencing method. This research would not only play an important role in understanding the underlying mechanism of the initiation of seed dormancy and Pre-harvest spouting in rice, but also shed light on discovering the identical homologous gene of LEC/B3 in monocotyledonous plants.
谷物穗发芽是一项严重的农业灾难,因此许多育种家需要控制适度的种子休眠,相继克隆了sdr4、MKK3、DOG1等QTL主效基因。这与休眠的解除或者与环境因子的互作有关。然而对种子初始休眠的形成机制仍不清楚。本项目以种子特异的转录因子LEC/B3基因入手,通过Crispr-Cas9基因编辑技术创制水稻突变体,发现OsLEC1-2g基因功能缺失在三个不同背景的水稻中都发生了胎萌。日本晴OsLEC1-2g突变体大约20%的种子出现“绿芽点”,其他未萌动的种子的耐干燥(储藏)能力明显低于野生型对照。胎萌的发生时期是抽穗后12至17天。有的胎萌种子可以形成正常的胚乳,但是容易引起霉变。对OsLEC1-2g突变体未萌动种子进行显微观察,发现胚胎的生长点异常活跃,提前进入了营养生长时期。GUS报告基因观察发现OsLEC1-2g启动子活性在DAH10~14天集中在生长点,至DAH21开始在胚胎表皮处表达,到种子浸种9h开始在表皮强烈表达,一直持续到下一代幼苗的形成,在胚芽鞘中有适量表达。推测该基因对于抑制胚胎生长点的活跃程度以及控制表皮物质运输通道具有重要意义。借助RNA-sequencing的转录组学研究发现,OsLEC1-2g突变体的生长发育与正常种子的萌发(浸种后DAI-9h)途径并不相同,萌发相关基因在OsLEC1-2g突变体的未胎萌种子和已胎萌种子中表达量均相对较低。与突变体胎萌种子“绿芽点”材料对照,野生型种子中有一系列的基因表达水平很低,它们被认为与种子萌发、生长点的发育停滞、种子油脂合成和DNA复制相关。本项目发现了56个水稻转录因子能与OsLEC1-2g蛋白在酵母双杂体系中互作。OsLEC1-2g的调控作用对于种子发育程序的运转具有重要意义。本项目中OsLEC1-2g与LEC/B3家族的基因的双突或三突的构建,有助于加快对单子叶植物的胚胎发育程序和休眠形成的认识。
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Identification and characterization of the rice pre-harvest sprouting mutants involved in molybdenum cofactor biosynthesis
参与钼辅因子生物合成的水稻收获前发芽突变体的鉴定和表征
DOI:10.1111/nph.15607
发表时间:2019-04-01
期刊:NEW PHYTOLOGIST
影响因子:9.4
作者:Liu, Xin;Wang, Jing;Fang, Jun
通讯作者:Fang, Jun
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