BG3和BG3L1同源蛋白正反调控水稻耐高温的功能机制研究
结题报告
批准号:
31901528
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
肖云华
依托单位:
学科分类:
C1307.作物基因组及遗传学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
极端天气如高温是造成粮食减产的主要因素之一,但目前植物耐高温的机制还很不清楚。前期工作中我们发现,水稻大粒基因BG3编码嘌呤通透酶,通过介导细胞分裂素转运调控水稻生长发育。BG3激活突变体bg3-D除籽粒增大外,耐高温能力显著增强。BG3L1为BG3同源基因,其过表达后表型却截然相反,籽粒变小,对高温超敏感。与BG3质膜定位不同,BG3L1定位于内质网上。实时定量PCR的结果显示BG3L1过表达植株地上部分的A类细胞分裂素应答因子的表达量显著下降。这些结果强烈暗示BG3和BG3L1作为同源蛋白通过共同调控细胞分裂素转运调节水稻耐高温。在此基础上,本项目拟对BG3和BG3L1相关水稻材料进行耐高温表型鉴定、细胞分裂素含量测定和处理、遗传杂交分析和RNA-seq分析,并分析细胞分裂素在耐高温中的作用,以解析BG3和BG3L1对耐高温的正反调控机制,为水稻耐高温育种改良提供理论支撑和基因资源。
英文摘要
Extreme weather, such as high temperature, is one of the main causes of grain yield reduction. However, the mechanism of high temperature tolerance in plants is still largely unclear. Our previous studies have found that big grain gene BG3, encoding a purine permease (PUP), regulate growth and development via modulating cytokinin transport in rice. In addition to enlarged grain size, bg3-D, the BG3 activated mutant, has significantly enhanced high temperature tolerance. However, overexpression of BG3-like1 (BG3L1), a homologous gene of BG3,led to reduced grain size and high sensitivity to high temperature. Unlike the location of BG3 on plasma membrane, BG3L1 was localized to the endoplasmic reticulum. Quantitative real time PCR (qRT-PCR) analysis indicated that expression of rice cytokinin type-A response regulator (OsRR) genes was significantly reduced in the shoots of the BG3L1 overexpression plants. These results strongly indicated that BG3 and BG3L1, as homologous proteins, regulate high temperature tolerance through co-controlling cytokinin transport in rice. Based on the previous results, in this proposed study, phenotype identification of high temperature tolerance, cytokinin content determination and treatment, genetic hybridization analysis, and RNA-seq analysis will be conducted on BG3- and BG3L1- related rice materials; the role of cytokinin in high temperature tolerance will be analyzed. Through these studies, we aim to elucidate the opposite regulation mechanisms of BG3 and BG3L1 on high temperature tolerance, and provide theoretical support and genetic resources for high temperature tolerance breeding of rice.
近年来极端高温天气频发造成水稻减产,但目前水稻耐高温的机制还很不清楚,亟需挖掘耐高温调控基因并解析其功能机制,以服务于水稻耐高温育种改良来保障粮食安全。本项目前期工作中我们已发现嘌呤通透酶基因BG3/OsPUP4和BG3L1/OsPUP1正反调控水稻苗期耐高温。因我们前期已对BG3/OsPUP4的功能及特性研究得较为清楚,为了解析BG3/OsPUP4和BG3L1/OsPUP1的功能差异机制,故本项目重点对BG3L1/OsPUP1展开了深入研究,主要研究结果如下:BG3/OsPUP4和BG3L1/OsPUP1基因敲除突变体因潜在基因功能冗余,它们的耐高温能力与野生型并无明显差异;BG3L1/OsPUP1对水稻穗期耐高温也有负调控作用;BG3L1/OsPUP1主要在维管组织的韧皮部中表达,在根中的表达量显著高于地上部各组织,在幼苗地上部和根中均受细胞分裂素诱导表达;BG3L1/OsPUP1过表达植株幼苗地上部和穗中的细胞分裂素含量下降,而幼苗根中则增加;BG3L1/OsPUP1抑制细胞分裂素从下往上的长距离运输;外源细胞分裂素施加能恢复BG3L1/OsPUP1过表达植株幼苗耐高温;BG3/OsPUP4和BG3L1/OsPUP1存在功能相对性,BG3/OsPUP4能抑制BG3L1/OsPUP1的功能发挥。通过本项目的实施,我们解析了BG3/OsPUP4和BG3L1/OsPUP1通过调控细胞分裂素的转运和分配来正反调控水稻耐高温的功能机制,创新性提出了BG3L1/OsPUP1在细胞分裂素长距离运输中的卸载作用模型,结合我们之前提出的BG3/OsPUP4和OsPUP7在细胞分裂素长距离运输中的装载作用模型,这些研究成果为解析水稻中细胞分裂素通过局部转运输和长距离运输来发挥调控作用的机制意义重大,也为高产和耐高温水稻育种改良提供理论支撑和基因资源。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
WGCNA Analysis Identifies the Hub Genes Related to Heat Stress in Seedling of Rice (Oryza sativa L.)
WGCNA 分析确定了与水稻幼苗热应激相关的核心基因 (Oryza sativa L.)
DOI:10.3390/genes13061020
发表时间:2022-06-06
期刊:GENES
影响因子:3.5
作者:Wang, Yubo;Wang, Yingfeng;Liu, Xiong;Zhou, Jieqiang;Deng, Huabing;Zhang, Guilian;Xiao, Yunhua;Tang, Wenbang
通讯作者:Tang, Wenbang
9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase 1 confers heat stress tolerance in rice seedling plants.
9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶1赋予水稻幼苗耐热胁迫能力
DOI:10.3389/fpls.2022.1092630
发表时间:2022
期刊:Frontiers in plant science
影响因子:5.6
作者:
通讯作者:
DOI:10.3390/foods11213513
发表时间:2022-11-04
期刊:Foods (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:
通讯作者:
DOI:10.3389/fpls.2020.618560
发表时间:2020
期刊:Frontiers in plant science
影响因子:5.6
作者:Xiao Y;Zhang J;Yu G;Lu X;Mei W;Deng H;Zhang G;Chen G;Chu C;Tong H;Tang W
通讯作者:Tang W
DOI:10.3390/plants11081062
发表时间:2022-04-13
期刊:Plants (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:
通讯作者:
水稻光强敏感抽穗期基因OsLISHD1的分子机制研究
  • 批准号:
    32372204
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    肖云华
  • 依托单位:
水稻Big Grain3 通过调控细胞分裂素转运调节籽粒大小
  • 批准号:
    2019JJ50243
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    肖云华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金