棉花细胞质雄性不育基因的鉴定与功能分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31671741
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The cytoplasmic male sterility (CMS) is widespread in plant, and some genes and orfs of plant mitochondrial genome are involved in the sterility and sterile recovering in many plants. Cotton is one of the crops that have heterosis and can be used CMS system to develop hybrids but the molecular mechanism of sterility remains unclear. To uncover the molecular mechanism of cytoplasmic male sterility in cotton, our research will base on mitochondrial genome sequences newly obtained. Comparing the completely mitochondrial genome sequences of CMS lines, maintainer and restorer lines of upland cotton, we aim to identify cytoplasmic male sterility-related candidate gene and proteins in cotton, combining with analyzing the mitochondrial transcriptome, mitochondrial proteome. The CMS associated genes/orfs are further targeted, and the candidate CMS-associated genes/orfs with complete reading frame are constructed into mitochondria targeted vectors for transformation to validate the functions. Using the information of transcriptome as well as mitochondrial genomes, we analyze the function of regulation molecules, such as lncRNA and miRNA, and how these molecules regulate the CMS-associated genes/orfs, then to select the target candidate genes and using to construct vectors, and to transform cotton plants; Based on the evaluation results on the positive transformed plants and the offspring, we try to explore the function of sterile genes, and to outline the metabolism regulatory network in cotton CMS line, and to clarify the molecular mechanism of cotton cytoplasm male sterility.
植物细胞质雄性不育现象普遍存在。研究证实,线粒体编码基因的表达参与细胞质雄性不育形成的调控。棉花杂种优势显著,能够利用细胞质不育系培育三系杂交种,但其雄性不育的分子机制仍不清楚。本研究利用棉花细胞质雄性不育三系材料,基于三系线粒体基因组分析,确定候选基因/orf;结合线粒体转录组差异表达分析,进一步缩小候选基因范围,对候选基因构建线粒体靶向载体进行遗传转化及转基因验证。同时,利用转录组测序、lncRNA和miRNA测序数据,结合线粒体蛋白质组分析,筛选棉花细胞质雄性不育形成相关候选基因和蛋白,确定不育基因转基因验证其功能;根据转基因后代表现,分析不育相关基因表达及调控机制,构建棉花细胞质雄性不育分子代谢调控网络,阐明棉花细胞质雄性不育形成的分子机制。

结项摘要

研究棉花细胞质雄性不育机理,具有重要理论与实践意义。前期研究证实,线粒体基因组变异是造成细胞质雄性不育的重要原因,而miRNA也参与不育发生调控。本项目比较研究了哈克尼西棉胞质不育系2074A、陆地棉胞质不育系2074S、陆地棉胞质保持系2074B及哈克尼西棉胞质恢复系E5903线粒体基因组序列,发现大片段重复序列是导致四个线粒体基因组大小差异、基因含量变异及重排的主要因素。对比2074A与2074B线粒体基因组差异ORF,筛选得到育性相关orf46及orf183;功能验证发现过表达orf183烟草植株花器官异常,花药干瘪且没有花粉粒散出;过表达orf46导致烟草花期推迟、花粉粒减少。对比不育系2074A与保持系2074B花蕾miRNA表达谱,发现miR827a/GhPPR、miRn25/GhARF10、miRn75/GhAP2、miR393/GhAFB2参与调控棉花花器官发育;过表达miRn25的烟草植株表现出节间缩短、生长受到抑制、生殖生长期延迟等表型性状。对比分析2074A与2074B花蕾线粒体蛋白质组,发现大量蛋白质参与碳水化合物代谢、抗氧化胁迫反应、物质转运等生物学过程,表明能量和物质供应不足以及抗氧化胁迫能力下降是导致败育发生的主要因素。此外,分析24个植物种的内源基因转移,发现线粒体基因组在进化过程中,很多序列转移到细胞核和叶绿体基因组中,也接收了大量来自核基因组的转座子和来自叶绿体基因组的tRNA基因,这些是发生在某些共同祖先中的单一事件。此外,雷蒙德氏棉(D5)、亚洲棉(A2)、哈克尼西棉(D2-2)、三裂棉(D8)和陆地棉(AD1)的PPR基因家族基因进化分析,启动了棉花细胞质雄性不育育性恢复机制探索。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
二倍体棉种组织培养研究进展
  • DOI:
    10.11963/1002-7807.syhjp.20200305
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    棉花学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙悦;华金平
  • 通讯作者:
    华金平
Genetic analysis of Upland cotton dynamic heterosis for boll number per plant at multiple developmental stages.
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  • DOI:
    10.1038/srep35515
  • 发表时间:
    2016-10-17
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Shang L;Wang Y;Cai S;Ma L;Liu F;Chen Z;Su Y;Wang K;Hua J
  • 通讯作者:
    Hua J
The comparison of four mitochondrial genomes reveals cytoplasmic male sterility candidate genes in cotton.
四个线粒体基因组的比较揭示了棉花细胞质雄性不育候选基因
  • DOI:
    10.1186/s12864-018-5122-y
  • 发表时间:
    2018-10-26
  • 期刊:
    BMC genomics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Li S;Chen Z;Zhao N;Wang Y;Nie H;Hua J
  • 通讯作者:
    Hua J
Genomewide identification of PPR gene family and prediction analysis on restorer gene in Gossypium
棉花PPR基因家族全基因组鉴定及恢复基因预测分析
  • DOI:
    10.1007/s12041-018-0993-x
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Journal of Genetics
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Nan Zhao;Yumei Wang;Jinping Hua
  • 通讯作者:
    Jinping Hua
The Roles of Mitochondrion in Intergenomic Gene Transfer in Plants: A Source and a Pool.
线粒体在植物基因组间基因转移中的作用:来源和库
  • DOI:
    10.3390/ijms19020547
  • 发表时间:
    2018-02-11
  • 期刊:
    International journal of molecular sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Zhao N;Wang Y;Hua J
  • 通讯作者:
    Hua J

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  • 通讯作者:
    华金平
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  • 通讯作者:
    李召虎
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    10.16213/j.cnki.scjas.2016.04.007
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  • 作者:
    刘国政;王玉美;苏爱国;华金平
  • 通讯作者:
    华金平

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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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