新型四倍体水稻（neo-tetraploid rice）基因组变异及高育性分子遗传

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31571625
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    66.0万
  • 负责人：
    刘向东
  • 依托单位：
    华南农业大学
  • 学科分类：
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

High yield potential has been found in autotetraploid rice and the hybrids of indica and japonica autotetraploid rice; however, low fertility of F1 is a major barrier for commercial utilization. Therefore, it is very important to develop new lines with high pollen and embryo sac fertility that affect mainly fertility of autotetraploid rice. The neo-tetraploid rice with high fertility had been developed in our lab. In this project, the research will be carried out using neo-tetraploid rice as follows: (1) Study on genomic variation of 5 neo-tetraploid rice using re-sequencing;(2)Comparative study on transcriptomes of pollen and embryo sac mother cell in prophase stage I of meiosis between high and low fertility directional lines developed using neo-tetraploid rice crossed with an autotetraploid rice with low fertility; (3) Co-analysis on transcriptomes and re-sequencing data, and gene functional verification by qRT-PCR will be done finally. These studies are planned to find the genes assocaited with high fertilty of neo-tetraploid rice,which are helpful in cloning the gene and explainning the molecular mechanism of high fertility.
同源四倍体水稻及其亚种间杂种F1具有明显增产潜力.但其结实率普遍偏低,难以直接应用.花粉和胚囊育性是决定其结实率最主要的2个因素,培育两者都高的四倍体水稻新种质具有重要意义.申请者在杂交F5发现高育性变异株并由此培育出两者育性均高的新型四倍体水稻(Neo-tetraploid rice),为开展高育性遗传研究及育种提供材料.本项目拟利用该新材料开展3方面研究:一是利用5份新型四倍体水稻及双亲,通过高通量测序技术比较研究新材料基因组变异;二是利用其中1份新材料与低育性同源四倍体水稻杂交创建的高和低育性新定向自交系群体构建高低育性的混合池,通过高通量转录组测序分别比较研究两者花粉和胚囊减数分裂前期I表达谱差异,找出与高育性相关的差异表达基因;三是通过基因组和转录组结果的综合分析,以及差异基因功能验证分析,弄清决定高育性相关的遗传基因及可能的分子机理,为进一步开展其基因克隆和育种应用提供基础.

结项摘要

新型四倍体水稻是我们创制的高育性四倍体水稻，具有利用前景。本项目围绕新型四倍体水稻可能存在基因组新变异以及高育性涉及的分子遗传，利用5份新型四倍体水稻及育性定向自交系群体为材料，开展比较基因组和遗传学功能分析等研究，取得以下结果：（1）新型四倍体水稻基因组DNA存在丰富的变异，发现222个非亲本型的特异变异基因，以及1个目前在二倍体水稻中未发现的新变异基因。（2）利用高和低育性定向自交系群体构建混合池，通过高通量测序比较研究，筛选到与育性相关的染色体片段，即7号染色体18915234-19500000的区段。（3）通过基因组和转录组结果的综合分析,以及基因敲除验证，发现包括NRFG1在内的9个基因可能与育性有关。目前正进行互补和进一步的分子机理研究。以上结果为进一步开展其基因的克隆和育种应用提供基础. 项目完成期间，已正式发表SCI收录论文8篇，其中有1篇为农林科学大类分区1区；2份新型四倍体水稻获得国家植物新品种权；培养3名博士和6名硕士。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Genome-wide analysis of DNA polymorphisms, the methylome and transcriptome revealed that multiple factors are associated with low pollen fertility in autotetraploid rice.
DNA 多态性、甲基化组和转录组的全基因组分析表明，多种因素与同源四倍体水稻花粉育性低相关
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0201854
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    PloS one
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Li X;Yu H;Jiao Y;Shahid MQ;Wu J;Liu X
  • 通讯作者：
    Liu X
Re-sequencing and transcriptome analysis reveal rich DNA variations and differential expressions of fertility-related genes in neotetraploid rice
重测序和转录组分析揭示了新四倍体水稻中丰富的DNA变异和育性相关基因的差异表达
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0214953
  • 发表时间：
    2019-04-05
  • 期刊：
    PLOS ONE
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Bei, Xuejun;Shahid, Muhammad Qasim;Liu, Xiangdong
  • 通讯作者：
    Liu, Xiangdong
Transcriptome analysis of neo-tetraploid rice reveals specific differential gene expressions associated with fertility and heterosis.
新四倍体水稻的转录组分析揭示了与育性和杂种优势相关的特定差异基因表达
  • DOI：
    10.1038/srep40139
  • 发表时间：
    2017-01-10
  • 期刊：
    Scientific reports
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Guo H;Mendrikahy JN;Xie L;Deng J;Lu Z;Wu J;Li X;Shahid MQ;Liu X
  • 通讯作者：
    Liu X
AGRONOMIC TRAITS AND CYTOGENETIC EVALUATION OF NEWLY DEVELOPED AUTOTETRAPLOID RICE LINE
新培育同源四倍体水稻品系农艺性状及细胞遗传学评价
  • DOI：
    10.21162/pakjas/16.3143
  • 发表时间：
    2016-06-01
  • 期刊：
    PAKISTAN JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCES
  • 影响因子：
    0.8
  • 作者：
    Guo, Haibin;Shahid, Muhammad Qasim;Liu, Xiangdong
  • 通讯作者：
    Liu, Xiangdong
Cytological and transcriptome analysis reveal that interaction at Sb pollen sterility locus cause down-regulation of important meiosis-related genes associated with high pollen sterility in autotetraploid rice hybrids
细胞学和转录组分析表明，Sb 花粉不育位点的相互作用导致与同源四倍体水稻杂交种高花粉不育相关的重要减数分裂相关基因下调
  • DOI：
    10.1016/j.plaphy.2019.05.019
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Plant Physiology and Biochemistry
  • 影响因子：
    6.5
  • 作者：
    Wu Jinwen;Shahid Muhammad Qasim;Chen Minyi;Li Xiang;Li Jirui;Xu Xiaosong;Du Susu;Liu Xiangdong
  • 通讯作者：
    Liu Xiangdong

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  • 通讯作者：
    陈永平

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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