中蔗新品系根系抗旱相关的加权基因共表达网络分析和核心基因发掘及抗旱分子机理研究
批准号:
32060467
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
李文兰
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:
李文兰
中文摘要
干旱是制约我国甘蔗生产的重要因素,利用品种的抗旱性是解决干旱问题的经济、安全的最有效措施。本申请项目以亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室培育的中蔗新品系强耐旱的中蔗9号和不耐旱的中蔗2号为研究材料,通过研究甘蔗抗旱根系表型性状、生理生化指标,以及转录组测序,利用WGCNA建立与甘蔗根系抗旱表型及生理相关联的基因共表达网络,鉴定与根系抗旱密切相关的基因共表达模块,挖掘模块中与目标性状关联度高的核心基因,并弄清其参与干旱胁迫的调控通路,在此基础上初步阐述甘蔗根系抗旱的表型、生理和分子机理。本研究将促进对旱胁迫下甘蔗特定生物学过程的分子机制及其调控途径的理解,以期为利用甘蔗抗旱种质资源改良甘蔗的抗旱性和为抗旱新品种的培育提供理论依据。
英文摘要
Drought has become an important factor restricting sugarcane production in China. The utilization of resistant cultivars is the most economical, safe, and effective method to solve the problem of drought. In this project, the two new cultivars (drought-resistant ZZ 9 and non-drought-resistant ZZ 2,coming from the same parents)cultivated by State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agricultural Biological Resources,will be selected as the research materials. By studying the phenotypic characters, physiology and biochemistry, and transcriptome sequencing of sugarcane drought resistant roots, we will construct a co-expression network of weighted genes associated with the drought resistant phenotype and physiology of sugarcane roots by WGCNA, and identify genes co-expression modules closely related to root drought resistance. In addition, some hub genes involved in drought stress regulation pathways will be excavated from the modules with the highest correlation with target traits,and the regulation pathway of drought stress will be clarified. On this basis, the phenotypic, physiological and molecular mechanism of drought resistance in sugarcane root system will be preliminarily described. This study will promote the understanding of the molecular mechanism and regulatory pathway of specific biological process of Sugarcane under drought stress, in order to improve the drought resistance of sugarcane by using the sugarcane drought resistant germplasm resources,and provide theoretical basis for the cultivation of new drought resistant varieties.
干旱是制约我国甘蔗生产的重要因素,利用品种的抗旱性是解决干旱问题的最有效措施。本研究以抗旱性强的中蔗9号(ZZ9)、抗旱性弱的中蔗2号(ZZ2)及广西主栽品种ROC22为材料,进行田间阳光雨棚土柱栽培,模拟正常供水、干旱胁迫和复水处理,分析甘蔗根系表型、生理生化特征,构建了高质量甘蔗根系转录组数据库,并基于WGCNA建立抗旱相关基因共表达网络,鉴定与根系抗旱性状密切相关的基因模块,结合核心基因表达验证和功能富集分析,解析干旱胁迫下甘蔗根系的分子调控机制。转录组差异分析结果显示,随干旱处理时间的增加,显著上调的基因数量逐渐下降,其中ZZ9的下降幅度最小,其次是ROC22,ZZ2的下降最为显著。与ROC22对比,ZZ2仅激活了少数功能,大部分功能受抑制,而ZZ9则表现出更多功能激活。KEGG富集分析表明,上调基因主要涉及亚麻酸代谢、脂肪酸代谢、过氧化物酶体、淀粉和蔗糖代谢、谷胱甘肽代谢等通路,而下调基因则富集在类黄酮生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢等通路,这些通路可能与抗旱性密切相关。研究结果表明,ZZ9在干旱条件下展现出更发达的根系结构、更强的抗氧化能力和更稳定的渗透调节能力,而ZZ2的根系生长受限,水分保持能力较弱,抗旱适应性较差。WGCNA分析鉴定了多个与抗旱密切相关的基因模块,涉及活性氧清除、渗透调节、信号传导及转录因子调控等关键功能。研究还发现,ProDH、CAT、Cu/Zn-SOD、NCED1、NCED3和TPS3等基因在ZZ9中表达显著上调。此外,ZZ9在萌发时呈现“先发根后发芽”的模式,而ZZ2为“先发芽后发根”,提示根系萌发时序可能与抗旱性相关。本研究还建立了ZZ2的组培快繁体系及农杆菌介导的遗传转化体系,为筛选出的关键基因的功能验证提供了技术保障。研究系统解析了甘蔗根系的抗旱适应机制,揭示了干旱胁迫下根系表型、生理生化特性及基因表达模式的变化,并挖掘出多个潜在的抗旱核心基因。研究成果丰富了甘蔗抗旱分子机制的理论基础,为抗旱遗传资源的开发和分子标记辅助育种提供了新思路,为甘蔗耐旱品种的精准培育奠定了基础。
基于BSR-seq和RNA-seq技术的甘蔗抗旱相关QTL定位与候选基因鉴定
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批准号:32460492
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:32.00万元
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批准年份:2024
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负责人:李文兰
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依托单位:
野生稻近等基因系耐冷机制的代谢组学和转录组学研究
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批准号:31560247
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:42.0万元
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批准年份:2015
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负责人:李文兰
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依托单位:
国内基金
海外基金