qHd1调控水稻抽穗感温反应的分子机制研究
结题报告
批准号:
31701398
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
陈俊宇
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:
李西明、张华丽、董青、戴冬青
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中文摘要
水稻抽穗期是决定品种季节与区域适应性的重要农艺性状,其长短主要决定于基本营养生长性、感光性和感温性。但目前,对感温性的遗传基础尚甚不清楚,基因定位或克隆均鲜有报道。在前期研究中,我们精细定位了一个感温性QTL qHd1;通过区间测序与基因表达分析,推测OsMADS51为目标基因。在本项目中,首先,对该基因进行遗传互补验证与表达模式分析;其次,结合转录组测序、酵母单杂和荧光素酶转录活性检测,解析OsMADS51调控水稻抽穗感温反应的分子网络;并在此基础上,筛选少数上/下游基因,利用CRISPR-Cas9系统获得相应的功能缺失突变体,验证其与OsMADS51的遗传关系。同时,分析104份中国南方稻区主要籼稻常规品种的感温反应及其在OsMADS51位点的等位变异特点。通过研究,揭示OsMADS51调控水稻抽穗期感温性的分子遗传机制,明确其育种应用现状与潜力,为品种的抽穗期改良提供理论与技术参考。
英文摘要
Heading date determines the growing area and seasons of rice varieties, and itself is determined by the basic vegetative growth period, photoperiod-sensitivity and thermo-sensitivity. But currently, little is known about the genetic basis that controls the timing of rice heading in response to temperature variations, neither on gene mapping nor on cloning. We have previously fine-mapped a rice heading date QTL qHd1, which exhibited thermos-sensitivity. By sequence comparison and expression analysis, OsMADS51 was identified as the potential candidate underlying qHd1. In this proposal, transgenic complementation experiments for OsMADS51 will be firstly conducted and then its expression patter will be tested in leaves in different developmental phases. RNA-Seq analysis, Yeast one-hybrid screening, and Luciferase assay will be done to unravel the molecular network by which OsMADS51 controls rice heading in response to temperature variations. Based on this, several interesting genes upstream or downstream of OsMADS51 will be selected as the targeted loci for genome editing by CRISPR-Cas9, so as to confirm their genetic relationship with OsMADS51. On the other hand, 104 representative inbred varieties of indica rice grown in Southern China will be tested for the thermo-sensitivity and the haplotypes of OsMADS51. This research work is expected to have a molecular understanding of how temperature influences rice heading date through the OsMADS51 pathway and found out the current situation and potentials of OsMADS51 in rice breeding, which would build up a solid theoretical and technological basis for improvement of rice heading date.
水稻抽穗期与日照长度和温度等环节条件的变化密切相关,目前针对光周期调控机制已开展了大量研究,但温度对水稻抽穗的影响却少有报道。该研究应用衍生于珍汕97与密阳46的qHd1近等基因系群体开展5期播种的大田温度梯度试验,结果表明,随着播期的延迟和环境温度的升高,密阳46型近等基因系的抽穗期不断提早(大约5天/期,从76-58天),而珍汕97型近等基因系则从第3个播期起稳定在69天;该温度反应在人工气候室的温度梯度试验中同样得到验证。珍汕97型等位基因在抵御高温对抽穗促进的同时,能增加粒重、提高产量。qRT-PCR和转录组测序分析显示,所研究的水稻抽穗期感温反应通过OsMADS51-Ehd1-RFT1/Hd3a途径调控;测序分析发现,在候选基因OsMADS51上,与密阳46等位基因相比,珍汕97等位基因的第1内含子上存在一段9.5kb的插入;同时,通过对南方稻区的主栽常规籼稻品种进行qHd1基因型分析,发现珍汕97型等位基因的9.5kb插入普遍存在于早籼品种,而罕存于中、晚籼品种,这与早籼适应抽穗灌浆阶段高温胁迫的要求相一致。以上研究结果提供了对水稻抽穗期感温反应调控机制的新认识,揭示了qHd1/OsMADS51的珍汕97型等位基因对早稻生态适应性的重要作用。.此外,长期以来早稻增产缓慢,并且早籼杂交稻相比常规稻产量优势不明显的问题愈加凸显。该项目通过田间试验比较了5个早籼常规稻及其衍生的12个杂交稻的产量表现,发现早籼杂交稻相比常规稻产量优势不足5%,并且观察到早籼稻品种间的遗传同质性高,这可能是限制早杂杂种优势发挥的主要原因。因此,急需发掘与利用新的种质资源来实现产量潜力的提升。
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
DOI:10.1007/s11032-019-1018-z
发表时间:2019-07
期刊:Molecular Breeding
影响因子:3.1
作者:Chen Jun-Yu;Du Cheng-Xing;Zhang Hua-Li;Dai Dong-Qing;Wu Ming-Yue;Ma Liang-Yong
通讯作者:Ma Liang-Yong
Natural variation at qHd1 affects heading date acceleration at high temperatures with pleiotropism for yield traits in rice.
qHd1 的自然变异影响高温下抽穗期的加速,对水稻产量性状具有多效性
DOI:10.1186/s12870-018-1330-5
发表时间:2018-06-07
期刊:BMC plant biology
影响因子:5.3
作者:Chen JY;Zhang HW;Zhang HL;Ying JZ;Ma LY;Zhuang JY
通讯作者:Zhuang JY
qHd1/OsMADS51 通过调控水稻感温性影响抽穗期变异的表观遗传修饰机制
  • 批准号:
    LY22C130006
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    陈俊宇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金