GhHRK基因增强棉花花粉高温耐性的调控网络解析
批准号:
32072024
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
闵玲
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:
闵玲
中文摘要
全球变暖导致极端高温天气频繁发生,引起作物雄性不育导致减产是亟待解决的重要问题。针对棉花中耐高温种质匮乏、高温引起棉花雄性不育的遗传基础和分子机制尚不明确、及还未有增强高温下棉花雄性育性的关键基因被鉴定的现状,申请人前期进行了510份陆地棉材料高温下雄性育性相关性状考察和218份材料四分体时期花药的转录组测序,后续将进行以下研究:1)鉴定耐高温种质,开展生产适应性试验,并进行回交转育,创制优良耐高温种质;2)挖掘转录组数据,从基因组和转录组水平完成调控棉花花药响应高温的QTL/基因、可变剪切事件、长链非编码RNA的鉴定、整合与比较分析;3)对高温胁迫下调控花粉活性的关键基因GhHRK1和GhHRK2进行转基因功能分析,创制耐高温转基因种质,阐明GhHRK1和GhHRK2增强棉花花粉高温耐性的调控网络。该项目预期研究成果将为耐高温棉花育种提供种质支持、理论依据和基因资源。
英文摘要
Global warming has increased average temperature annually, with the impact to the male fertility which resulted crop reduction. In view of the shortage of high temperature tolerant germplasm, the unclear understanding of the genetical basis and molecular mechanism of male sterility under high temperature stress, and no tolerant genes have been identified in cotton, the applicant has completed the investigation on male fertility related traits of 510 upland cotton lines under high temperature and RNA-seq of the tetrad stage anthers of 218 lines in previous studies. In the present project, we will perform these investigatings: 1) identify high temperature resistant germplasm, carry out production adaptability test, and create excellent high temperature resistant germplasm through backcross; 2) explore the transcriptome data, to perform the identification, integration, comparative analysis of QTLs/genes, alternative splicing events, long non-coding RNA that may regulate upland cotton anther/pollen respond to high temperature at genomic and transcriptome levels; 3) functional characterization of GhHRK1 and GhHRK2 that regulate pollen viability under high temperature stress, create heat-tolerant transgenic germplasm and elucidate the regulatory network of GhHRK enhance pollen high temperature tolerance in cotton. This study will provide germplasm support, theoretical basis and genetic resources for cotton high temperature tolerance breeding.
项目背景:全球气候变化导致极端高温事件频发,对作物产量造成严重威胁。棉花作为重要的经济作物,其雄性育性对环境敏感,高温胁迫常导致雄性不育和蕾铃脱落,造成巨大经济损失。本项目旨在解析棉花花粉高温耐受性的调控机制,为耐高温棉花育种提供理论依据和基因资源。.主要研究内容包括:.1..开发高通量棉花育性鉴定技术:基于生理指标和深度学习算法开发了群体花粉活性和花药开裂度鉴定技术,筛选出39份极耐高温和139份极不耐高温种质。.2..揭示高温花粉失活的遗传基础:结合自然群体GWAS和群体材料四分体时期花药的转录组数据,鉴定到3个与高温下棉花花粉活性显著关联的QTL位点。从自然群体中选取有明显高温抗性差异的亲本进行杂交,构建F2分离群体,并通过重测序分析验证了这3个参与塑造陆地棉花药高温抗性的遗传座位,包含75个编码蛋白基因和27个长链非编辑RNA,其中包含GhHRK基因。.3..调控高温下陆地棉花粉活性的候选基因GhHRK功能研究:通过转基因和基因编辑技术,证实GhHRK1是棉花雄性生殖器官高温耐受性的负调控因子,其启动子上的SNP变异与花粉活力表型存在明显的负相关。.重要研究结果:.1..陆地棉高温不育存在花粉不育和花药不开裂两种表现,且存在明显的遗传差异。.2..多组学数据揭示了陆地棉花药高温抗性形成的遗传和分子基础,鉴定到多个参与调控的关键基因。.3..GhHRKs基因负调控高温抗性,并与GhFP6蛋白互作,共同调控棉花花粉高温抗性。.4..GhCYP703A2和GhNSP基因参与花粉壁的形成,GhCKI基因受 GhMYB4-GhMYB66 异源二聚体调控。H3K27me3修饰通过控制茉莉酸通路基因的表达来调控雄性育性。热激蛋白HSP70-17和BiP5通过降低ROS的积累,从而增强棉花花粉高温胁迫下的育性。.科学意义和应用前景:.开发了高通量花粉活性和花药开裂度鉴定技术,可应用于其他作物的耐高温育种研究。揭示了棉花花粉高温耐受性的调控机制,为耐高温棉花育种提供了理论依据和基因资源。构建了陆地棉花药响应高温胁迫的多组学图谱,为全面解析植物花药发育提供了新的思路和方法。
棉花高温胁迫下花药败育分子调控机理研究
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批准号:31401423
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2014
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负责人:闵玲
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依托单位:
国内基金
海外基金