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基于CRISPR/Cas9技术靶向突变BnFLCs编码区及其启动子顺式元件E-box创造早熟抗寒甘蓝型油菜的探索研究
结题报告
批准号:
31801398
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
何昕
依托单位:
学科分类:
C1307.作物基因组及遗传学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
钱论文、解盼、刘蔚
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中文摘要
油菜是典型的越冬作物,抗寒性较强。为了充分利用长江流域大面积的冬闲田,湖南湖北等地近年来开始推广“稻-稻-油”三熟制栽培模式,种植早熟、特早熟甘蓝型油菜品种,但早熟品种往往抗寒性较弱,而创造和选育耐寒性强的早熟油菜品种可从根本上解决这一矛盾。本项目拟利用CRISPR/Cas9系统对抗寒性强的甘蓝型油菜中的9个BnFLC基因编码区及其启动子E-box(关键抗寒转录因子ICE1直接结合的顺式元件)进行定向编辑,以期筛选出早熟且抗寒性强的突变株系。通过比较分析各突变类型后代,明确9个BnFLC成员各自对甘蓝型油菜花期、抗寒性及其他农艺性状的影响;解析9个BnFLC成员在油菜花期调控中的相互效应,以及FLC介导的花期变化对植株抗寒性及其他农艺性状的影响;阐明E-box在BnFLCs响应低温以及春化应答反应中的功能。本项目的研究结果可为早熟、抗寒甘蓝型油菜分子设计育种提供理论依据和种质资源。
英文摘要
Brassica napus L. is a typical winter biennials plant, responses to vernalization and has strong cold-tolerance at vegetative stage. In recent years, as were Yangtze River area, more and more early-maturing rapeseed varieties start to be planted in the winter fallow field of Hunan and Hubei province, since the popularization of yearly ‘early rice-late rice-rapeseed’ or ‘rice-ratoon rice-rapeseed’ cropping system. Unfortunately, the weak cold-tolerance of early-maturing rapeseed varieties rises the risk of freeze injury in cold winter and spring, so it is vital to select early-maturing and cold/freeze resistant Brassica napus varieties. In this project, we will edit the ORF and cis-element E-box of 9 BnFLCs using the CRISPR/Cas9 system to generate early-maturing and cold/freeze resistant Brassica napus mutant lines. The functions of 9 BnFLCs in the rapeseed flowering time, cold-resistance and other agronomic traits will be characterized respectively, the similarities and differences of the 9 BnFLCs will be compared, and the coordination and interaction between the 9 BnFLCs will be evaluated. To further characterize the roles of cis-element E-box in the cold-response and vernalization of rapeseed, the expression patterns of 9 BnFLCs and cold-responsive genes in mutant lines and wild-type plants with or without cold treatments will be analyzed. Implementation of this project will be revealed the functions of BnFLCs in the rapeseed flowering time, cold-resistance and other agronomic traits, as well as to providing fundamental basis and genetic resource for cold-resistant, early-maturing Brassica napus vateries breeding.
油菜是典型的越冬作物,抗寒性较强。为了充分利用长江流域大面积的冬闲田,湖南湖北等地近年来开始推广“稻-稻-油”三熟制栽培模式,种植早熟、特早熟甘蓝型油菜品种,但早熟品种往往抗寒性较弱,而创造和选育耐寒性强的早熟油菜品种可从根本上解决这一矛盾。本项目利用CRISPR/Cas9系统对抗寒性强的甘蓝型油菜中的9个BnaFLC基因编码区及其启动子E-box(关键抗寒转录因子ICE1直接结合的顺式元件)进行定向编辑,分别获得了20株和10株T0代转化植株,其中BnaFLC基因编码区编辑植株中有2株出现早花表型。自交繁种得到T1代植株,其中BnaFLC基因编辑植株中两个早花株系生长至7-8叶期开始抽薹,平均开花时间(播种到开花)提前到40-45天。二代测序分析发现早花株系#1的绝大多数单株中8个BnaFLC成员(BnaC03.FLC2除外)均被成功编辑;早花株系#2中除BnaC03.FLC2和BnaA03.FLC2外,其余7个BnaFLC成员被成功编辑;其他几个株系中没有或者只有少数BnaFLC成员被编辑,未表现出株系#1和#2的极早花表型。说明甘蓝型油菜BnaFLC成员之间在抑制油菜开花中存在较为明显的功能冗余,只有敲除大部分BnaFLC成员才能出现早花表型。对BnaFLC基因编辑早熟油菜株系T2代及野生型(湘油15号)对照株系5叶期茎尖和顶叶进行转录组测序分析,发现在野生型的茎叶中, BnaA02.FLC的表达量最高,BnaA03.FLC1、BnaA10.FLC、BnaC03.FLC1的表达量次之,BnaA03.FLC2和BnaC09.FLC1略有表达,其余3个BnaFLC基因中几乎无表达;且各基因在茎尖中的表达水平均高于在顶叶中的表达水平。4个高表达的BnaFLC基因的表达水平在两个敲除株系中均不同程度地降低。与之相反的是,相较于对照株系,两个敲除株系中4个BnaSOC1基因的表达量均不同程度地上升。开花信号通路中的其他调控基因(如CO、FT、FD、LFY、AP1、TFL1)的表达量在对照株系和敲除早花株系间均无明显变化,因此我们推测敲除甘蓝型油菜BnaFLC基因,可以提高BnaSOC1基因的表达,从而促进开花。.本项目创造了丰富的早花突变位点,且丰富了我们对甘蓝型油菜开花信号的认识,为早熟甘蓝型油菜分子设计育种提供理论依据和种质资源。
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Comparative Transcriptome Analyses Revealed Conserved and Novel Responses to Cold and Freezing Stress in Brassica napus L
比较转录组分析揭示了甘蓝型油菜对寒冷和冷冻胁迫的保守和新颖的反应
DOI:10.1534/g3.119.400229
发表时间:2019-08-01
期刊:G3-GENES GENOMES GENETICS
影响因子:2.6
作者:Xin, He;Ni Xianchao;Wei, Hua
通讯作者:Wei, Hua
DOI:--
发表时间:2021
期刊:作物学报
影响因子:--
作者:解盼;刘蔚;康郁;华玮;钱论文;官春云;何昕
通讯作者:何昕
Genome-wide identification of stress-associated proteins (SAP) with A20/AN1 zinc finger domains associated with abiotic stresses responses in Brassica napus
具有与甘蓝型油菜非生物胁迫反应相关的 A20/AN1 锌指结构域的胁迫相关蛋白 (SAP) 的全基因组鉴定
DOI:10.1016/j.envexpbot.2019.05.007
发表时间:2019-09-01
期刊:ENVIRONMENTAL AND EXPERIMENTAL BOTANY
影响因子:5.7
作者:He Xin;Xie Sai;Hua Wei
通讯作者:Hua Wei
BnaNINJA-BnaJAZ-BnabHLHs模块调控茉莉酸介导甘蓝型油菜抗冻性的分子机制
  • 批准号:
    32372043
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    何昕
  • 依托单位:
利用CRISPR/Cas9 技术创制早熟甘蓝型油菜新种质
  • 批准号:
    2022JJ30287
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    何昕
  • 依托单位:
国内基金
海外基金