课题基金 / 基金详情

籼型与粳型杂草稻的遗传分化及其进化驱动机制

批准号:
32070245
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
卢宝荣
依托单位:
学科分类:
植物系统发生与进化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
卢宝荣

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
杂草稻是限制水稻优质高产的世界级稻田恶性杂草,同时也是水稻育种的重要基因资源,揭示其多样性形成与维持机制对杂草防治和基因资源利用均至关重要。在籼稻与粳稻种植区,出现了籼型和粳型杂草稻的遗传分化,但对其分化机制尚不清楚。近年来更多粳型杂草稻出现在籼稻改粳稻的种植区,其遗传变异也不断增加,这些粳型杂草稻的形成方式与进化驱动却无报道。针对上述问题,项目组将开展如下研究:1)揭示杂草稻籼-粳遗传分化规律及其空间分布式样;2)利用叶绿体、核基因组DNA序列及种子落粒基因多态性,研究去驯化过程对新产生粳型杂草稻起源与进化的影响;3)利用叶绿体与核基因组DNA序列及特有指纹,研究栽培稻基因渐渗对杂草稻籼-粳遗传分化以及多样性形成的驱动作用。上述研究结果不仅有助于我们理解基因突变与杂交渐渗等因子对杂草稻起源、进化及多样性形成的驱动作用,而且还有利于制定杂草稻有效防治策略以及杂草稻基因资源的合理挖掘与利用。
英文摘要
Weedy rice is a noxious weed that infests worldwide rice fields and causes tremendous losses of rice yield and quality. But on the other hand, weedy rice harbors important germplasm for rice breeding. Understanding the origin and maintenance of genetic diversity in weedy rice is critical both for effective weedy rice control and germplasm utilization. In indica and japonica rice-planting regions, indica-types and japonica-types of weedy rice have been evolved. However, knowledge of the underlying mechanisms of such genetic differentiation is limited. With the increased cultivation of japonica rice varieties toward the southern rice-planting regions, more japonica-types of weedy rice are found in the regions where indica and japonica varieties are cultivated. As a result, increased diversity is detected in these weedy rice populations. Yet, no detailed research data concerning the origins and evolutionary driving forces of such japonica-types of weedy rice have been reported. In this project, we plant to carry out the following researches to address the above questions: (1) determining indica-japonica genetic differentiation in weedy rice and its geographic distribution of the two types of weedy rice; (2) analyzing the role of rice dedomestication in the origin and evolution of japonica-types of weedy rice, comparing DNA sequences and polymorphic fingerprints from chloroplast and nuclear genomes, in addition to polymorphisms of seed shattering genes; (3) determining the role of crop-weed gene introgression in indica-japonica genetic differentiation in weedy rice, particularly in the origin of japonica-types of weedy rice, using DNA sequences and molecular fingerprints from chloroplast and nuclear gnomes. Results generated from the above studies will not only facilitate our understanding of the roles and underlying mechanisms of dedomestication and gene introgression in the origin and evolution of weedy rice, but also are useful for the design of effective strategies for weedy rice control, as well as for the efficient utilization of weedy rice germplasm in rice breeding.
杂草危害对全球农业生产带来巨大的挑战,造成农作物产量损失是虫害与病害的总和,对杂草的起源、进化与多样性形成的研究,对于制定杂草的有效防治的策略具有至关重要的意义。作为对全球稻田生态系统危害最严重的杂草之一,杂草稻的发生和危害严重影响水稻的可持续生产。杂草稻成功入侵和危害栽培稻田的重要原因是其丰富的遗传多样性,这与杂草稻起源和快速适应性进化密切相关。本项目在前期研究的基础上,将杂草稻起源与进化方式概括为栽培稻-杂草稻“基因渐渗”模式和栽培稻“去驯化”模式,利用插入缺失(InDel)、微卫星(SSR)分子指纹多态,以及全基因组、叶绿体基因组DNA测序和落粒性基因测序进行研究。项目组利用来自全国各地的大量杂草稻样本,对于“基因渐渗”和“去驯化”模式的杂草稻起源与进化科学问题进行了深入研究,获得了以下重要结果:(1)建立了以杂草稻群体的籼或粳型等位基因频率(Fi或Fj)为依据的基因渐渗程度衡量指标,以及基于渐渗世代数、异交率及籼或粳型杂草稻群体的函数模型,以此模型分析杂草稻群体的基因渐渗、遗传分化、遗传多样性及群体之间的关系;(2)揭示和发现了江苏省不同栽培稻种植区“籼稻改种粳稻”的起始时间以及时空变化特点;(3)利用InDel和SSR分子标记,确定了江苏省杂草稻群体的籼、粳特性,并揭示了基因渐渗对江苏省杂草稻群体的籼-粳遗传分化、遗传多样性水平的影响;(4)对鉴定获得的少数极端偏粳型杂草稻材料(去驯化起源杂草稻候选样品)进行全基因组重测序、落粒基因的DNA测序以及生物信息学分析,以此确认候选杂草稻材料所涉及的落粒基因位点和每个位点的遗传变异特征;(5)以典型不落粒的栽培稻品种作为遗传转化的受体材料,分别对落粒基因的突变进行转基因和基因编辑功能验证,发现落粒基因的突变对栽培稻种子落粒性具有重要影响。上述结果为阐明了栽培稻-杂草稻“基因渐渗”和栽培稻“去驯化”对杂草稻的起源、进化和遗传多样性形成具有重要的驱动作用。
双季稻田内早、晚季杂草稻群体之间的同域遗传分化及分子基础
  • 批准号:
    31770409
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    卢宝荣
  • 依托单位:
转基因渐渗对水稻野生近缘种的进化和生态影响机制研究
  • 批准号:
    31330014
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    295.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    卢宝荣
  • 依托单位:
落粒基因序列和微卫星指纹揭示的杂草稻起源及分子进化
  • 批准号:
    31271683
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    73.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    卢宝荣
  • 依托单位:
杂交-渐渗对杂草稻适应性进化的影响及其机制
  • 批准号:
    30871503
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    卢宝荣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金