课题基金 / 基金详情

TaEPFL1基因在小麦花发育中的功能研究

批准号:
32060456
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
彭正松
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:
彭正松

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
小麦雄蕊同源转化为雌蕊突变体(HTS-1)是研究小麦花发育和杂交小麦难得的珍稀材料,具有重要的理论研究价值和应用价值。TaEPFL1是从HTS-1中分离的一个在雌蕊化雄蕊(PS)中表达量异常高的基因,其表达量约为正常雌蕊(P)的20倍,正常雄蕊(S)的15倍。将该基因转入拟南芥后发现转基因植株的花丝明显短于柱头,花丝与柱头比值在0.35-0.79之间,且转基因植株花药发育异常,不能产生花粉。本研究拟在上述研究基础上利用CRISPR/Cas9基因编辑、基因在小麦中过表达以及酵母双杂交等技术进一步分析TaEPFL1基因在小麦花发育中的功能。本研究将为进一步阐明小麦雄蕊同源转化为雌蕊的分子机制提供了科学依据。同时期望为小麦雄性不育系的筛选和推动小麦杂交育种做贡献。
英文摘要
Homologous transformation sterility-1 (HTS-1) is a novel pistillody mutant in common wheat that transforms all or parts of the stamens into pistils or pistil-like structures.that cannot produce pollen. Therefore, HTS-1 is undoubtedly valuable for the study of stamen development in wheat. Members of the EPIDERMAL PATTERNING FACTOR-LIKE (EPFL) family play diverse roles in plant growth and development, including the guidance of inflorescence architecture and pedicel length. In previous studies, we identified and characterized the EFPL gene TaEPFL1 from the wheat pistillody mutant HTS-1. Quantitative real-time RT-PCR analysis showed that the TaEPFL1 gene is expressed at an abnormally high level in pistillody stamens (PS), approximately 20-fold higher than that in pistils (P) and approximately 15-fold higher than that in stamens (S). Heterologous expression of the TaEPFL1 gene in Arabidopsis caused shortened filaments, and the ratio of filaments to stigma ranged from 0.35 to 0.79. Most of the siliques of transgenic plants were short, empty, unable to produce seeds, and some had only residual pedicels without siliques. This study aims to further analyze the role of TaEPFL1 gene in flower development of wheat using the CRISPR/Cas9, gene overexpression in wheat and yeast two-hybrid. This study will provide a scientific basis for further elucidating the molecular mechanism of homologous transformation of stamen into pistil in wheat. At the same time, it is expected to contribute to the screening of male sterile lines and the promotion of wheat cross breeding.
小麦雄蕊同源转化为雌蕊的突变体HTS-1表现出特殊的表型,其雄蕊可在不同程度和数量上同源转化为雌蕊,每朵小花拥有4-6个雌蕊,是研究小麦花发育的珍稀材料。前期研究从HTS-1中分离到一个在雌蕊化雄蕊(PS)中高表达的基因TaEPFL1,其在HTS-1中的表达量显著高于正常雌蕊(P,约20倍)和正常雄蕊(S,约15倍)。通过拟南芥转基因实验发现,TaEPFL1的过表达导致转基因植株花丝明显短于柱头,花药发育异常且无法产生花粉。在此基础上,本研究系统分析了TaEPFL1在小麦不同发育阶段的表达模式,鉴定了其亚细胞定位,并通过构建TaEPFL1的过表达和基因敲除小麦植株进一步探讨了其功能及作用机制。实验结果表明,TaEPFL1在HTS-1幼穗中的表达量显著高于野生型(CSTP);亚细胞定位分析推测TaEPFL1定位于细胞质中。过达TaEPFL1的小麦植株表现出雄蕊显著缩短、花粉粒无活性,雄蕊发育后期绒毡层降解不完全,花粉细胞呈现不规则畸形;子房发育不良,雌蕊柱头短小且异常。相比之下,利用CRISPR/Cas9技术敲除TaEPFL1的植株表现出种子增大和芒长缩短的表型。此外,TaEPFL1对外源乙烯的响应实验显示,其过表达显著抑制了内源乙烯的合成。进一步比较TaEPFL1过表达植株和野生型植株幼穗的转录组测序结果发现,有18个差异表达基因(DEGs)与乙烯合成和代谢通路直接或间接相关。与野生型相比,过表达TaEPFL1基因导致植株幼穗中的内源乙烯含量显著降低,而敲除植株的乙烯含量则会升高。综上所述,TaEPFL1通过参与调控乙烯的合成通路,从而进一步调控小麦雄性和雌蕊的发育。本研究为揭示小麦雄性不育的分子机制提供了理论依据,并为深入研究小麦花器官发育积累了重要数据。
利用小麦高密度遗传图谱定位雄蕊同源转化为雌蕊基因hts
  • 批准号:
    31760425
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    39.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    彭正松
  • 依托单位:
国内基金
海外基金