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毛白杨优异种质资源表观遗传效应及功能解析
结题报告
批准号:
31670333
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
张德强
依托单位:
学科分类:
C0208.植物资源保护与利用
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
李百炼、徐芳、宋跃朋、杜庆章、谢剑波、李英、次东、巩琛锐、陈金辉
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中文摘要
如何高效发掘多年生木本植物种质资源蕴藏的优异表观等位基因并对其遗传效应进行精确解析是构建多年生木本植物核心种质亟需解决的关键科学问题。本项目以毛白杨优异种质资源(528个体)为材料,基于已完成的种质资源群体重测序、重硫酸盐测序工作,系统开展:(1)毛白杨种质资源群体表观遗传多样性及遗传结构分析;(2)全基因组表观遗传变异位点的加性、显性与上位性效应解析;(3)DNA甲基化等位位点表达模式分析;(4)利用CRISPR-dCas9技术解析DNA甲基化遗传转录调控机制。研究结果将揭示毛白杨优异种质资源表观遗传变异规律,解析毛白杨种质资源全基因组表观遗传变异位点的联合遗传效应,阐明表观遗传变异位点的遗传转录调控机制。通过项目的设施,将为多年生木本植物种质资源评价、保护与利用提供前沿理论和技术支撑,具有重要的科学价值。
英文摘要
Detection and dissection of epiallelic variations of perennial woody plants germplasm resources and further application of the epigenetic variation for core germplasm selection, is important in protection and utilization of germplasm resources of perennial woody plants. In our project, combining with the genome re-sequencing and bisulfate- sequencing data of Populus tomentosa, we use 528 individuals of germplasm populations from P. tomentosa to systematically launch several research topics as follows: 1) Analysis of epigenetic diversity and epi-population structure ; 2) Identification of additive, dominant, and epistatic effects, and their joint effects, and haplotypic effects of genome-wide epigenetics variations, respectively; 3) Genome wide analysis of expression patterns of epiallelic variations; 4) Analysis of DNA methylation genetic transcription regulatory mechanism using CRISPR-dCas9 technology. Therefore, our study could reveal the epigenetic variation regulation of P. tomentosa germplasm populations, dissect the genome-wide combined effects, including additive, dominant and epistatic effects, of phenotypic variation in germplasm resources of P. tomentosa, elaborate epigenetic transcription regulatory mechanism and establish high-effective theory and strategy for applied core collections. This work will provide innovative achievements, which have theoretical and practical values, on solving the significant theoretical and technical matters in protection and utilization of germplasm resources of perennial woody plants.
本项目利用重亚硫酸盐测序技术与分子遗传学技术手段,首次在多年生林木群体中开展了单碱基水平的DNA甲基化遗传变异图谱构建,阐明毛白杨种质资源群体表观遗传多样性,解析全基因组表观遗传变异位点的遗传效应,阐明表观遗传变异位点的遗传转录调控机制。主要研究结果如下:在毛白杨优异种质资源群体中,DNA甲基化水平为0.6-2.64%(平均为2.09%),其在三个气候区群体间DNA甲基化水平差异显著,共发现20090个气候区特异的DNA甲基化区域(DNA methylation regions,DMR),包括低甲基化(hypo-methylation)的DMR为10617个,超甲基化(hyper-methylation)为9473个,DMR区域相关基因主要富集于细胞代谢过程、碳代谢、RNA转运等生物学通路。利用DNA甲基化变异位点(single DNA methylation polymorphisms,SMP)与生长、木材品质与光合效率等30个表型性状进行表观全基因组关联分析,共鉴定出与表型性状显著连锁的1387个显著的SMPs位点和52个DMRs位点(P ≤ 3.04×10-7),并且这些显著位点主要富集在启动子区域以及外显子区域。利用EMSA技术验证了基因OM47启动子的DNA甲基化影响了上游转录因子BPC1的结合,进而调控了叶片面积。通过GWAS分析确定了DRM2与DME1是毛白杨主动去除DNA甲基化修饰的关键基因,以此构建了适用于毛白杨的CRISPR-dCas9 定点甲基化/去甲基化修饰系统。进而对基因OM47上的候选区域的DNA甲基化修饰进行定点编辑,发现OM47启动子区域的去甲基化激活了BPC1的结合,从而导致OM47基因表达量显著上升。该结果揭示了DNA甲基化作为基因组中广泛存在的标记位点,在多年生木本植物复杂性状形成中具有重要的调控作用。本项目首次在林木中开展了林木重要性状表观遗传效应解析研究,为开展林木表观基因组学以及表观分子设计育种提供了重要的理论基础和技术支撑。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.3390/f11080828
发表时间:2020-07
期刊:Forests
影响因子:2.9
作者:K. Ma;Yuepeng Song;Dong Ci;Daling Zhou;Min Tian;Deqiang Zhang
通讯作者:K. Ma;Yuepeng Song;Dong Ci;Daling Zhou;Min Tian;Deqiang Zhang
High-Temperature-Responsive Poplar lncRNAs Modulate Target Gene Expression via RNA Interference and Act as RNA Scaffolds to Enhance Heat Tolerance.
高温响应性杨树 lncRNA 通过 RNA 干扰调节靶基因表达并作为 RNA 支架增强耐热性
DOI:10.3390/ijms21186808
发表时间:2020-09-16
期刊:International journal of molecular sciences
影响因子:5.6
作者:Song Y;Chen P;Liu P;Bu C;Zhang D
通讯作者:Zhang D
DOI:10.1105/tpc.18.00601
发表时间:2019-03-01
期刊:PLANT CELL
影响因子:11.6
作者:Xie, Jianbo;Li, Ying;Zhang, Deqiang
通讯作者:Zhang, Deqiang
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Frontiers in Plant Science
影响因子:5.6
作者:Qingzhang Du 杜庆章);Wenjie Lu;Mingyang Quan;Liang Xiao;Fangyuan Song;Peng Li;Daling Zhou;Jianbo Xie;Longxin Wang;Deqiang Zhang
通讯作者:Deqiang Zhang
The Interactions between the Long Non-coding RNA NERDL and Its Target Gene Affect Wood Formation in Populus tomentosa.
长链非编码RNA NERDL与其靶基因的相互作用影响毛白杨木材形成
DOI:10.3389/fpls.2017.01035
发表时间:2017
期刊:Frontiers in plant science
影响因子:5.6
作者:Shi W;Quan M;Du Q;Zhang D
通讯作者:Zhang D
毛白杨优异种质资源群体氮-磷协同利用效率遗传变异解析
  • 批准号:
    32170370
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    张德强
  • 依托单位:
毛白杨木材品质性状全基因组关联分析及关键基因的功能解析
  • 批准号:
    31872671
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    张德强
  • 依托单位:
杨树木质部差异表达基因内插入、缺失的发生及其遗传效应
  • 批准号:
    31170622
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    张德强
  • 依托单位:
杨树木材形成过程中干细胞维持和分化的基因调控机制
  • 批准号:
    30872042
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    37.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    张德强
  • 依托单位:
毛白杨木材纤维品质相关基因的单核苷酸多态性分析和连锁不平衡作图
  • 批准号:
    30600479
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    张德强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金