水稻光敏感卷叶基因PSL1分子调控机制及其抗逆育种利用研究
结题报告
批准号:
31570184
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
张光恒
依托单位:
学科分类:
C0207.植物生殖与发育
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李春生、方云霞、苏岩、徐静、王莉
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中文摘要
水稻叶片是光合作用主要场所,其可回复性失水卷曲是对高光低湿胁迫逆境的一种适应,但分子调控机制仍不清晰。本申请拟在利用水稻光敏感卷叶突变体(photosensitive leaf 1, psl1)进行图位克隆确定候选基因PSL1的基础上,完成PSL1基因功能验证;通过室内不同光、温、湿梯度试验检测psl1及其野生型叶形变化及养分吸收速率差异;同时结合RNA-seq、酶学、生化和细胞壁糖组学分析,解析PSL1调控水稻叶形可回复性卷曲适应强光低湿逆境胁迫的分子机制。通过转录组分析比较筛选与PSL1调节的相关基因并鉴定其功能,探索水稻叶形与耐强光低湿逆境的调控网络。另外,通过PSL1与抗逆基因聚合和组织特异表达,定向改良水稻叶形,增强光能利用率,开展水稻抗逆育种利用研究。本研究有利于了解水稻体内养分吸收及代谢途径,完善水稻适应逆境胁迫的分子调控网络,为超级稻抗逆育种奠定良好的理论基础和材料基础。
英文摘要
Rice leaf is the most important organ for photosynthesis, and it's reversible rolling upon dehydration represents an adaptative response to the adverse stresses as such as high light intensity and low humidity, but the molecular regulation mechanisms are still not fully understood. This proposal intends to investigate the function of a candidate gene, PSL1, identified by Map-based cloning on the rice photosensitive leaf mutant, psl1. The differences of the leave shape and nutrient absorption rate between psl1 and its wild-type Nipponbare will be detected with the different light intensity, temperature and relativity thumidity gradient tests in growth chamber; RNA-seq, enzymology, biochemical and cell wall glycomics analyses will be conducted to unravel molecular mechanism by which PSL1 controls the rice leave reversible rolling in response to hydration. By transcription group analysis to find the related genes to PSL1 and identifiing its function, we will explore the regulatory networks between rice leaf-shaped and the ability to resist high light intensity and low humidity adversity stresses. In addition, PSL1 gene pyramiding with other major resistance genes and tissue-specific expression will help with oriented improvement of rice shape to increase light energy utilization efficiency , and carry out the research of rice stress tolerance breeding. This research work will benefit our understanding of the nutrient absorption, transport and metabolism in rice plants, improve the regulatory networks of rice molecules adapting to environmental adversity stresses, and build up a solid theoretical foundation and material basis for super stress tolerance breeding.
叶片是植物光合作用的主要器官,理想的叶片形态有利于提高水稻产量。对叶片极性建立机制进行解析,对探索叶片形态发育的遗传调控网络具有重要意义。近年来,科学家们虽然克隆了多个与叶原基、维管束、厚壁细胞、泡状细胞和表皮细胞发育调控相关的基因,但对细胞壁与叶形发育的关系依旧不够清晰。聚半乳糖醛酸酶是一种果胶降解酶,是细胞壁生物合成的必需酶,其家族成员在植物组织器官中广泛表达,在植物生长发育和病原反应中发挥重要作用。. 本项目利用前期鉴定的“午休”现象明显,但耐旱性显著提高的光敏感的卷叶突变体psl1。表型分析发现,在控制环境光照和湿度的条件下,相对于野生型,突变体psl1在高光或低湿下叶片发生卷曲,水分交换速率和光合效率显著下降。借助图位克隆技术分离了该光敏感卷叶基因PSL1,该基因编码细胞壁中半乳糖醛酸酶,突变体中由于PSL1等位基因发生260bp缺失,导致对高光和低湿的极度敏感。经生化实验表明,PSL1蛋白具有半乳糖醛酸酶活性,突变导致根和叶组织中细胞壁增厚,近轴面泡状细胞覆盖比例增加。另外,细胞壁的改变可以有效的降低体内水分渗透胁迫和干旱条件下的水分损失,耐旱性增强。利用172个细胞壁组分的单克隆抗体对psl1突变体的细胞壁组分进行了分析,发现psl1突变体的细胞壁成分发生显著改变。通过项目实施,初步明确PSL1具有合成半乳糖醛酸酶功能,通过调节水稻细胞壁生物合成来影响植株叶片形态发育。降低PSL1基因在叶片组织中的定向表达,可以有效提高植物对强光和干旱环境的适应性,增强耐旱性。同时,我们也解析了PSL1调节细胞结构和水分代谢方面的作用机制,较好的解释了水稻“午休”现象。研究结果为今后的抗旱分子育种提供了新思路。
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Reduction of OsFLW7 expression enhanced leaf area and grain production in rice
减少 OsFLW7 表达可增加水稻的叶面积和籽粒产量
DOI:10.1016/j.scib.2017.11.013
发表时间:2017
期刊:Science Bulletin
影响因子:18.9
作者:Xu Jing;Wang Li;Wang Yue-xing;Zeng Da-li;Zhou Meng-yu;Fu Xue;Ye Wei-jun;Hu Jiang;Zhu Li;Ren De-yong;Gao Zhen-yu;Dong Guo-jun;Guo Long-biao;Zhang Guang-heng;Qian Qian
通讯作者:Qian Qian
DOI:10.1186/s 12284-020-00379-3
发表时间:--
期刊:rice
影响因子:--
作者:Guangyan Li;Caixia Zhang;Guangheng Zhang;Weimeng Fu;Baohua Feng;Tingting Chen;Shaobing Peng;Longxing Tao;Guanfu Fu
通讯作者:Guanfu Fu
Narrow albino leaf 1 is allelic to CHR729, regulates leaf morphogenesis and development by affecting auxin metabolism in rice
窄白化叶 1 与 CHR729 等位基因,通过影响水稻生长素代谢来调节叶片形态发生和发育
DOI:10.1007/s10725-017-0249-4
发表时间:2017-02
期刊:Plant Growth Regul
影响因子:--
作者:Jing Xu;Li Wang;Mengyu Zhou;Dali Zeng;Jiang Hu;Li Zhu;Deyong Ren;Guojun Dong;Zhenyu Gao;Longbiao Guo;Qian Qian;Wenzhong Zhang;Guangheng Zhang
通讯作者:Guangheng Zhang
Enhanced Expression of QTL qLL9/DEP1 Facilitates the Improvement of Leaf Morphology and Grain Yield in Rice
QTL qLL9/DEP1增强表达有利于水稻叶片形态和籽粒产量的提高
DOI:10.3390/ijms20040866
发表时间:2019-02-02
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES
影响因子:5.6
作者:Fu, Xue;Xu, Jing;Zhang, Guangheng
通讯作者:Zhang, Guangheng
DOI:10.16819/j.1001-7216.2018.7120
发表时间:2018
期刊:中国水稻科学
影响因子:--
作者:周梦玉;宋昕蔚;徐静;付雪;李婷;朱雨晨;肖幸运;毛一剑;曾大力;胡江;朱丽;任德勇;高振宇;郭龙彪;钱前;吴明国;林建荣;张光恒
通讯作者:张光恒
水稻多性状协同调控耦合效应及育种利用评 价
  • 批准号:
    D24C130001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    张光恒
  • 依托单位:
双链RNA结合蛋白协同调控水稻株型与抗逆性的耦合机制及育种利用
  • 批准号:
    32372125
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    张光恒
  • 依托单位:
转录因子OsERL1在水稻叶片形态发育中的分子调控机制研究
  • 批准号:
    31770195
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    张光恒
  • 依托单位:
水稻叶形建成调控网络及其理想株型育种利用研究
  • 批准号:
    91335105
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    100.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    张光恒
  • 依托单位:
水稻卷叶性状分子调控机理及育种应用研究
  • 批准号:
    30970171
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    张光恒
  • 依托单位:
水稻叶片极性建成控制基因(ALM)的克隆和调控机理研究
  • 批准号:
    30770127
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    张光恒
  • 依托单位:
水稻营养钝感基因(NUI)的图位克隆和功能研究
  • 批准号:
    30571001
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    张光恒
  • 依托单位:
国内基金
海外基金