系统研究紫花苜蓿Histone H3和CENH3基因家族并利用改造的CENH3基因构建紫花苜蓿单倍体诱导系

批准号:
31760701
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
39.0 万元
负责人:
苗佳敏
依托单位:
学科分类:
C1601.草种质资源与遗传育种
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王清、周向睿、陶茸、董文科
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中文摘要
本项目以和田紫花苜蓿(Medicago sativa L. cv. Hetian) 为材料,通过对它的Histone H3和CENH3基因家族进行系统分析,了解其所包含的不同Histone H3和CENH3基因的遗传多样性以及它们的表达差异。根据以上结果,用Crispr/Cas9介导的基因编辑技术敲除紫花苜蓿的CENH3基因,挑选适当的Histone H3 基因改造CENH3基因,改造的CENH3基因通过农杆菌介导代替其原始的CENH3基因,此转基因紫花苜蓿可作为四倍体紫花苜蓿单倍体诱导系。此单倍体诱导系与紫花苜蓿不同种质资源杂交能诱导产生二倍体,纯合的二倍体通过染色体加倍为纯合的四倍体,即可作为紫花苜蓿纯合自交系用于杂交优势育种。通过本项目的实施可在较短的育种周期中高效获得紫花苜蓿单倍体和纯合四倍体,也为苜蓿属其它物种获得纯合自交系开拓了思路;这为加快我国优质苜蓿的培育奠定了基础,具有重要的科学意义和研究价值。
英文摘要
In this project, we propose to identify the Histone H3 and CENH3 gene sequences in alfalfa(Medicago sativa L. cv. Hetian) and characterize their differential expression in different tissue and under stress treatments. We will identify the highly expressed Histone H3 and CENH3 genes, which will be used to develop a CENH3-H3 chimerical construct. We will also design multiple guide RNAs targeting on the conserved sequence of all CENH3 genes and knockout all endogenous CENH3 by using the CRISPR/Cas9-mediated gene editing approach. The native promoter-CENH3-H3 chimerical gene and the CRISPR/Cas9 construct will be integrated as a single T-DNA for alfalfa transformation. The transgenic lines will be further characterized to identify homozygous haploid inducer lines. The haploid inducer line will be further crossed with different alfalfa germplasm resources to induce uniparental chromosome elimination. The haploid plants will be chromosome-doubled either naturally or through chemical treatments to generate homozygous tetraploid alfalfa lines. The derived homozygous tetraploid alfalfa lines will be valuable sources for hybrid breeding in the future. The method can greatly shorten the breeding cycle of alfalfa, and lay the foundation for speeding up the breeding process of high quality alfalfa in China.
根据相关研究报道,突变CENH3基因可诱导植物产生单倍体。单倍体加倍后可能获得基因型纯合的双单倍体,双单倍体可作为纯合自交系用于杂交优势育种。本项目以新疆大叶紫花苜蓿(Medicago sativa ‘XinjiangDaye’)为材料,从它的基因组数据库中检索组蛋白H3基因,共发现21个基因,其中包括8个H3.2基因、12个H3.3基因和1个CENH3基因。这些基因均得到了克隆验证。本研究还对组蛋白H3基因家族进行了一系列生物信息学分析,包括进化树分析、结构分析、亚细胞定位分析。经不同组织器官的表达模式分析,发现H3.3基因MsH3-17在所有组织器官中表达量最高。根据以上结果,构建Crispr/Cas9介导的CENH3基因突变表达载体pM3UT-Cas9-sgRNA-20bp CENH3和改造CENH3基因的表达载体pEG301-eGFP-MsCENH3_tailswap。表达载体pM3UT-Cas9-sgRNA-20bpCENH3若转化紫花苜蓿,可突变其CENH3基因。基因型纯合的cenh3基因突变株具有致死性,所以需给其提供一个改造的CENH3基因进行挽救,由此可能获得紫花苜蓿单倍体诱导系。此单倍体诱导系与紫花苜蓿不同种质资源杂交能产生二倍体,基因型纯合的二倍体通过染色体加倍即为基因型纯合的四倍体,可作为紫花苜蓿纯合自交系用于杂交优势育种。若单倍体诱导系构建成功,可在较短的育种周期中高效获得紫花苜蓿单倍体和纯合四倍体,这为加快我国优质苜蓿的培育奠定了基础,具有重要的科学意义和研究价值。
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DOI:--
发表时间:--
期刊:草原与草坪
影响因子:--
作者:张静;苗佳敏;李玉珠;师尚礼
通讯作者:师尚礼
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