CTF1调控水稻抽穗开花期耐冷的分子机制及其聚合效应评价
批准号:
32072047
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
杨梯丰
依托单位:
学科分类:
作物基因组及遗传学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨梯丰
中文摘要
在水稻的不同生长发育时期都会遇到低温冷害的发生。发掘耐冷基因并解析其耐冷性分子机制、开展分子育种是克服水稻低温冷害的根本途径。虽然已定位了大量水稻耐冷QTL,但是还没有抽穗开花期耐冷QTL克隆的报道,更缺乏对其分子机制的认知。本研究室以抽穗开花期耐冷品种IR58025B和优良品种华粳籼74构建的单片段代换系为材料,定位到一个主效QTLqCth-6,并通过图位克隆获得了耐冷新基因CTF1。本项目拟在此基础上,研究CTF1调控抽穗开花期耐冷的分子机制;分析CTF1的等位基因变异;聚合芽期、苗期和抽穗开花期耐冷的QTLs,评价聚合效应,创制多个生长发育时期耐冷性强的籼稻品系。本项目的成功实施将揭示CTF1的功能及耐冷调控机制,并探索出不同生长发育时期耐冷基因聚合育种的可行途径,获得综合耐冷性显著强的籼稻品系。这不仅为深入理解水稻耐冷性分子调控机制奠定基础,而且为水稻耐冷性分子设计育种提供依据。
英文摘要
Low temperature chilling occurred at the different growth stages of rice. Discovering cold tolerance genes and analyzing their molecular mechanisms of cold tolerance, and developing molecular breeding of cold tolerance in rice are the fundamental ways to reduce the cold damage of rice. Although a large number of cold-tolerant QTLs for rice have been mapped, there have been no report of cold-tolerant QTL clone at the heading and flowering stage, and there is a lack of knowledge about their molecular mechanisms. In our lab, the cold-tolerant QTL was identified by using a SSSL population constructed with cold-tolerant IR58025B as the donor and the promising variety HJX74 as the acceptor at the flowering stage. A QTL with high cold tolerance and stable expression was located on chromosome 6. Furthermore, a new cold tolerance gene CTF1 was obtained by map-based cloning at the flowering stage. On this basis, the project will study the molecular mechanism of CTF1 regulating cold tolerance in rice at the flowering stage; carry out allele mining of CTF1 and develop functional markers; pyramiding the QTLs of cold tolerance at the bud bursting, the seedling and the flowering stages that have been identified, evaluate the pyramiding effect, and develop many promising strains with strong cold tolerance at different growth and development stages. The successful implementation of this project will reveal the function of CTF1 and the regulation mechanism of cold tolerance; and obtain pyramiding lines with strong cold tolerance at multiple growth and development stages. This will not only lay a foundation for further understanding the molecular regulation mechanism of cold tolerance in rice, but also provide a basis for the breeding by design of cold tolerance in rice.
水稻开花期遭遇低温冷害会对产量造成不可逆转的损失。挖掘水稻开花期耐冷性的QTLs/功能基因并开展分子育种是改良水稻开花期耐冷性的有效策略。然而,水稻开花期耐冷QTL的克隆一直未见报道。. 本项目以 SSSL (单片段代换系)定位了2个开花期耐冷 QTLs,并对qCTF6进行了精细定位。通过互补株、过表达株和基因编辑株的表型评价表明,CTF1是 qCTF6的功能基因。在冷处理过程中,SSSL S20-9-18的穗和剑叶中CTF1的表达量均显著高于HJX74。S20-9-18 的启动子的活性显著高于 HJX74;且七个变异位点是导致表达差异的功能位点。 CTF1 启动子的变异是造成表型差异的原因之一。CTF1 在小穗发育的中后期高表达,且主要在雄蕊中表达。通过编码区两个SNP定向编辑株的表型测定发现:编码区中的这两个SNP也影响了开花期耐冷性。4 份耐冷 SSSL CTF1的 13个保守突变与耐冷供体 IR58025B 的序列一致。基于这些位点对水稻多样性平台2中的307份品系进行了单倍型分析,主要有五种单倍型。籼稻中,Hap1/Hap-HJX74占 47.8%,频率最高;粳稻中,Hap5/Hap-IR58025B占96.8%,频率最高。单倍型分析发现在 165 份野生稻中存在 6 种新的 CTF1 单倍型,耐冷的 Hap5/Hap-IR58025B是自然产生的突变。核苷酸多样性分析表明CTF1 在粳稻中受到了选择。地理分布显示Hap5/Hap-IR58025B在高纬度寒冷地区的分布频率远远高于Hap1/Hap-HJX74。这些共同表明 CTF1 Hap5/Hap-IR58025B 是自然产生的变异,在粳稻的冷适应过程中受到了正向选择。CTF1与C2DCP1和PEXP3存在互作。CTF1的互补株和HJX74冷处理条件下的转录组和代谢组联合分析表明差异表达基因和代谢物共同注释到的只有苯丙素的生物合成通路。 . 本项目克隆了水稻中首个开花期耐冷QTL CTF1,阐明了CTF1调控开花期耐冷性的功能位点,揭示了CTF1 的起源以及其在促进粳稻冷适应性中的重要作用。也解析了CTF1调控开花期耐冷性的分子机制。这不仅为水稻耐冷分子育种提供了重要的基因资源,也深化了对粳稻冷适应驯化的理解。
一个新的水稻低温发芽力QTL qCtg-3 的克隆及其聚合效应分析
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:杨梯丰
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依托单位:
水稻抽穗开花期耐冷QTL qCth- 6的图位克隆
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批准号:2020A1515010056
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2020
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负责人:杨梯丰
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依托单位:
基于单片段代换系的水稻苗期耐冷QTL的精细定位和聚合育种
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批准号:31501389
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2015
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负责人:杨梯丰
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依托单位:
国内基金
海外基金