GW4调控水稻粒形的分子机制与育种利用研究
批准号:
32071984
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
李钱峰
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:
李钱峰
中文摘要
水稻粒形不但影响产量,也与稻米品质密切相关。因此,改良粒形是实现水稻高产优质育种的一条有效途径。申请人在以粳稻日本晴为受体、籼稻9311为供体的染色体片段代换系中鉴定到一个籽粒显著变宽的代换系N31。利用图位克隆等方法克隆到一个控制水稻粒形的新基因GW4,其突变会增加粒宽而过量表达籽粒细长。植物激素BR含量及敏感性分析等表明GW4是BR的负调控因子。本项目拟在此基础上,通过籽粒发育动态分析、细胞学观察等揭示GW4的表达和生物学功能,并进一步从转录组、蛋白组、激素调控、蛋白互作和遗传互作等角度深入分析其遗传效应及调控路径,探明GW4调控粒形的分子机制。同时,结合GW4目标区段重测序开展单倍型分析,挖掘其优异等位变异,并利用基因编辑方法定向改良GW4,分析其育种利用潜力。本项目的开展不仅可为水稻的粒形改良提供优异基因资源,还可为粒形调控分子网络及水稻BR调控机制的完善提供重要参考。
英文摘要
Rice grain size affects not only rice yield but also rice quality. It is an effective way to breed rice cultivars with high yield and good quality by selecting rice with favorable grain size. In our previous work, a rice line N31 with wider grain size was identified from the chromosome segment substitution lines derived from a cross between a japonica cultivar Nipponbare (receptor) and an indica cultivar 9311 (donor). We have successfully cloned a novel gene GW4 controlling grain size by using map-based cloning method. GW4 mutation could increase the width of rice grain while its overexpression could make the grain slender. The results of BR content and BR sensitivity analysis indicated that GW4 is a negative regulator of BR.. In this project, we are going to reveal the expression pattern and biological function of GW4 by dynamic analysis and microscopy observation of the developing seeds. Further experiments including RNA-sequencing, proteomics, phytohormone regulation, protein-protein interaction assays, and genetic interaction test will be performed to dissect the genetic effect and regulation mode of GW4, thus disclosing the molecular mechanism of GW4 in regulating grain size. Also, haplotype analysis will be carried out by resequencing the GW4 region of different rice varieties. Elite GW4 alleles will be identified and characterized. In addition, GW4 gene will be optimized by gene editing method and its potential application in rice breeding will also be evaluated. We believe that the results obtained from this project will not only provide elite gene resource for optimizing rice grain size, but also be helpful in improving grain size modulation molecular network and enhancing BR regulation modes in rice.
水稻是我国重要的粮食作物,选育高产优质并重的新品种是当前水稻育种的重要目标之一。水稻粒形不仅是决定水稻产量的一个重要因素,还是衡量稻米外观、加工等品质的重要指标。此外,粒形受环境影响较小,遗传效应显著。因此,改良稻米粒形是实现水稻高产优质育种的一条有效途径。前期我们在构建以粳稻品种日本晴(Nip)为受体、籼稻品种9311为供体的染色体片段代换系过程中,鉴定到一个籽粒显著变宽的自然突变体gw4/gps1,并结合图位克隆和Mutmap两种策略成功克隆到GW4/ GPS1目标基因。在此基础上,本课题重点围绕GW4/GPS1基因的表达与功能,调控粒形和穗型的分子机制,及其优异等位变异挖掘和育种利用等开展了系统研究。首先,我们研明了GW4/GPS1基因具有组成型表达模式,其编码蛋白定位于细胞核和细胞质,具有转录抑制活性,是一个非典型的新转录因子。其次,揭示了GW4/GPS1通过与G蛋白γ亚基DEP1直接互作协同调控水稻粒形和穗粒数的分子机制;DEP1与GW4/GPS1互作不仅促进了GW4/GPS1的蛋白降解,还拮抗GW4/GPS1对下游靶基因GN1a和OsMADS1的转录调控。最后,明确了GW4/GPS1具有Hap1和Hap6两种主要单倍型,存在明显的籼粳分化;其中Hap6型水稻粒长显著大于Hap1,在Hap6遗传背景下过表达GW4可获得粒长更长而粒宽不变的籽粒,具有良好的优质高产育种应用潜力。. 本课题进展顺利,取得了良好的预期成果。相关研究结果发表科研论文6篇,其中SCI论文4篇;申请国家发明专利5项,其中3项已获授权;课题主持人作为第一完成人获江苏省高校科技成果三等奖1项,作为第6完成人获江苏省科技奖一等奖1项,并入选江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人;培养博硕士研究生8名,其中毕业博士1名,硕士3名。. 本课题的开展与高质量完成不仅为我国水稻的优质高产育种实践提供了创新理论基础、优异基因资源和重要技术支撑,还为推动我国生物育种快速高效发展培养了优秀的青年科研人才。
SHG3基因功能解析及其调控水稻粒长的分子机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:李钱峰
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依托单位:
水稻可溶性淀粉合成酶基因SSSII-2选择性剪切及其作用机制研究
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批准号:31771745
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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负责人:李钱峰
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依托单位:
水稻粒形基因GS9的克隆及其功能研究
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批准号:31601275
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:李钱峰
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依托单位:
国内基金
海外基金