多年生水稻越冬成活的分子机制

The ability of auxiliary buds to survive after cold winter is an important trait that distinguishes annual and perennial plants. However, the molecular mechanisms underlying this important trait in perennial ratooning rice is largely unknown. Based on an unique rice material (i.e. Nuodao 89-1) whose auxiliary buds can survive cold winter through dormancy and re-grow into new plants the next season, and previous QTL analysis that have led to the identification of 3 QTLs linked to the overwinter survival of auxiliary buds (OSAB) in Nuodao 89-1, this project aims at unveiling the molecular mechanism of this important trait by the following two alternative approaches. The first approach will focus on the cloning and functional characterization of a major QTL gene, namely qPOG-7, linked to OSAB in Nuodao 89-1 and carry out functional analyses to establish how the gene/its encoded product acts in the trait. The second approach will apply microarray to identify specific genes regulated by low temperature in the auxiliary buds of Nuodao 89-1 and then use reverse genetics technique to investigate the possible roles of those genes in OSAB. The outcome of the project will not only provide important insights into the molecular mechanisms that determine a key difference between annual and perennial plants, but also help us to breed perennial rice varieties of cold tolerance to reduce the cost of rice production. It is expected to produce two patents of invention and 3-5 publications in high impact journals from the present proposal.

腋芽能否越冬成活是区别一年生和多年生植物的一个关键性状。水稻腋芽能否越冬成活的分子机理目前尚不清楚。本项目在获得一份通过腋芽休眠越冬成活的特殊水稻材料糯稻89-1和大量前期遗传研究结果基础上，拟通过两个实验途径揭示该资源腋芽越冬成活的分子机制。一是在前期QTL分析的基础上，用图位克隆分离糯稻89-1腋芽越冬成活的一个主效基因qPOG-7，并对其表达调控与功能进行分析，揭示作用机理。二是用基因芯片技术分离糯稻89-1腋芽中特异的受低温调控的基因和反向遗传分析研究它们在腋芽越冬成活与幼苗抗寒性中的作用。本项目研究结果将增添腋芽越冬成活机理研究领域的新理论，为越冬耐冷基因利用研究提供理论基础，对培育抗寒多年生水稻新品种和防止低温逆境灾害对水稻生产的影响具有重要的指导意义。实施该项目，将产生1-2项发明专利和3-4篇高影响因子的学术论文。

《多年生水稻越冬成活的分子机制》(项目号：31670326)任务书下达后，负责人积极组织相关人员，根据任务书研究内容，考核指标分解到各个研究方向，落实到个人，各方向又相互配合，有总有分。严格按照年度计划，总体计划，分类分步实施。经过四年努力，取得了以下研究成果。.1、将qPOG-7精细定位在RM21578-RM6247标记区间0.3cM范围内，物理距离为95Kb，通过候选基因筛选，越冬耐冷过表达植株定量分析，验证了其中一个靶基因：LOC_Os07g29600，用转基因技术对其功能进行了验证，发现越冬发芽力基因提高了水稻的耐冷性，越冬发芽率明显升高，幼苗抗寒力明显增强。生理生化研究发现脯氨酸和庶糖等含量增加，通过可溶物质积累来适应逆境，提高抗寒能力。.２、对腋芽越冬耐冷基因进行了转录组测序，差异基因的表达，差异表达基因 GO 分析，差异表达基因KOG分类，生物学重复间的表达量相关性分析， KEGG代谢通路分析，揭示了越冬耐冷基因对腋芽越冬成活以及幼苗抗寒反应的作用机理。.3、通过越冬耐冷成苗率鉴定，作图群体分析，连锁图谱的构建，定位了qOSR2, qOSR3 and qOSR8三个越冬耐冷水稻成苗率基因，并对其候选基因进行了分析。利用蜀恢527与糯89-1后代研究了产量相关及食味品质性状QTL。利用杨福6号、99072等9个优异资源为父本与糯稻89-1杂交的F2群体，筛选鉴定越冬耐冷株系，培育越冬杂交水稻，分析越冬耐冷基因的性状表达及在腋芽越冬成活过程中的作用。.4、项目研究结果在国内外权威杂志上发表论文8篇，已经被接收2篇，申请国家发明专利2项，授权实用新型专利3项 培养研究生9人，获省部级成果奖2项。.５、主办学术会议2次，参加省级以上学术会议13次，大会发言报告6次。.６、利用本项目核心研究成果腋芽越冬发芽力qPOG-7基因，从糯89-1和蜀恢527杂交后代中筛选出了具有较好耐冷性的越冬材料，配组了多个杂交组合，并进行了耐冷性的分子筛选及田间耐冷性鉴定，获得了9个苗头杂交组合，同时，部分材料已被高校、科研院所和企业引用。.对照项目任务书预期研究结果考核指标，已完成了目标任务。

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