玉米NF-YC13响应热胁迫的分子机制研究

批准号:
31901555
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
梅秀鹏
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
热胁迫是影响玉米生长和产量形成的重要因素,相关调控基因的挖掘和分子机制解析是进行抗逆性育种的重要基础工作。申请人在前期工作中筛选到一个热胁迫应答基因NF-YC13,转基因分析表明该基因是一个与耐热相关的正调控因子,且发现NF-YC13还能与热休克转录因子HsfA2c蛋白发生互作。在此基础上,本项目拟计划借助转录组测序分析出NF-YC13超表达后引起的差异表达基因;采用荧光素酶报告基因系统、ChIP-qPCR和EMSA等实验进一步筛选出在热胁迫应答通路上受NF-YC13直接调控的靶基因,并明确其结合位点;最后提出NF-YC13响应热胁迫应答的调控模型,初步阐明玉米NF-YC13响应热胁迫的分子机制。从而丰富玉米抗逆性相关的分子遗传内容,为筛选该基因的有利变异位点和抗逆性育种提供理论依据。
英文摘要
Heat stress is an important factor that affecting the growth and yield formation of maize. The exploration and molecular mechanism analysis of related regulatory genes are important basic works for stress-resistant breeding. Here, we found a heat stress response factor NF-YC13 and transgenic studies confirmed that NF-YC13 functions as a positive regulator of heat stress tolerance. And interaction analysis suggested that NF-YC13 could interact with HsfA2c in cell nuclei. Based on previous works, the project plans to analyze the differentially expressed genes caused by NF-YC13 overexpression using transcriptome sequencing. And using the luciferase reporter gene system, ChIP-qPCR and EMSA strategies to furtherly identify the target genes (including the binding sites) that directly regulated by NF-YC13 in the heat stress response pathway. Finally, proposing a regulatory model of NF-YC13 response to heat stress to preliminarily elucidate the molecular mechanism of NF-YC13 response to heat stress in maize. These works will enrich the molecular genetic theory in maize stress resistance and provide theoretical basis for screening a favorable allele of NF-YC13 and stress-resistant breeding.
玉米作为三大粮食作物之一,在维护世界粮食安全方面具有重要地位。而热胁迫是限制玉米生产力的重要因素,尤其是在开花期和籽粒灌浆期,高温常引起玉米花粉失活及籽粒快速脱水,导致严重减产。因此,改良玉米的耐热性是育种上迫切需要解决的问题,而优良抗性基因的挖掘和机制解析则是通过抗逆性育种解决这一问题的重要储备工作。已有研究表明NF-Y核因子在作物抗逆性改良中具有很大潜力,但目前玉米NF-Y核因子参与抗逆性调节的研究仍然很少,尤其是关于热胁迫应答调控的研究非常缺乏。.本项目旨在挖掘热胁迫应答通路上受ZmNF-YC13调控的下游基因,解析ZmNF-YC13响应热胁迫应答的调控模型,从而丰富玉米抗逆性相关的分子遗传内容,为筛选该基因的有利变异位点和抗逆性育种提供理论依据。本项目研究表明,ZmNF-YC13受高温和渗透胁迫快速诱导表达,热诱导表达该基因能够提高玉米植株的耐热能力,进一步分析发现ZmNF-YC13是通过调控ZmDnaJ、ZmHSP70和ZmHsfA2c等热胁迫诱导表达基因的表达来应对热胁迫这一状态。同时,ZmDnaJ和ZmHSP70的表达受内质网胁迫诱导,在玉米中过表达ZmNF-YC13显著增强上述基因的表达,且提高植株对内质网胁迫的耐受力。以上说明热胁迫应答调控和内质网胁迫应答调控通路上存在交叉,ZmNF-YC13依赖于ZmHsfA2c途径和内质网胁迫应答两条途径实现对玉米热胁迫状态的调控。此外,研究还发现ZmNF-YC13以NF-Y复合体形式激活ZmWRKY76和ZmBT2两个转录抑制子来降低部分Cytochrome P450家族成员编码基因表达量,从而实现对玉米叶片和株型建成的调控。.高密植是实现玉米高产的重要方式之一,多抗则是玉米适应复杂生态环境的重要保障。本项目研究结果表明,ZmNF-YC13基因具有一因多效的特点,提高ZmNF-YC13基因的表达量能够增强植株的抗逆性,同时使玉米株型变得更加紧凑,但过高的表达量会导致植株生长迟缓,而利用热诱导表达的方式则能够较为有效地解决“提高抗逆性”和“抑制生长”这一问题。这一研究结果既为筛选ZmNF-YC13基因优良变异位点提供理论基础,同时也为利用“一因多效”基因实现株型和抗性协同改良提供重要参考。
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Overexpression of ZmNF-YC13 Confers ER Stress Tolerance in Maize
ZmNF-YC13 的过表达赋予玉米 ER 胁迫耐受性
DOI:10.1007/s12374-021-09307-4
发表时间:2021-03
期刊:Journal of Plant Biology
影响因子:2.9
作者:Xiupeng Mei;Chaoxian Liu;Jin Nan;Zikun Zhao;Yang Bai;Erfei Dong;Yilin Cai
通讯作者:Yilin Cai
Maize transcription factor ZmNF-YC13 regulates plant architecture
玉米转录因子 ZmNF-YC13 调节植物结构
DOI:10.1093/jxb/erab157
发表时间:2021
期刊:Journal of Experimental Botany
影响因子:6.9
作者:Xiupeng Mei;Jin Nan;Zikun Zhao;Shun Yao;Wenqin Wang;Yang Yang;Yang Bai;Erfei Dong;Chaoxian Liu;Yilin Cai
通讯作者:Yilin Cai
NF-Y/ZmNAC118-ZmWRKY76模块调控玉米叶夹角形成的分子机制
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:梅秀鹏
- 依托单位:
国内基金
海外基金
