大豆驯化基因GmPRR3b调控主茎节数的机制研究
批准号:
32072091
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
刘斌
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:
刘斌
中文摘要
大豆果荚生长附着在茎节上,因此有效茎节数是决定大豆产量的关键性状之一,在保证主茎直立前提下增加有效茎节数是选育理想株型高产大豆新品种的重要目标。由于直接控制大豆主茎节数的基因和作用机制还很不清楚,限制了大豆理想株型的分子选育。申请人前期通过全基因组关联分析,克隆了控制大豆生育期的关键驯化基因GmPRR3b,并揭示了其介导光周期和生物钟调控大豆开花的分子机制;GmPRR3b基因单倍型H6具有促进大豆开花和加速茎节生长的双重效应,因此在大豆驯化和遗传改良过程中受到强烈选择。在此基础上,本研究将通过多种技术手段鉴定GmPRR3b的互作蛋白和下游基因,解析GmPRR3b单倍型H6增加茎节数的分子机制,为培育理想株型大豆新品种提供理论支撑和新材料。
英文摘要
The number of effective stem nodes that carry pods is one of the key factors determining soybean yield potential. It has been proposed that a high yield soybean cultivar of ideal plant architecture (IPA) should be characterized with erect stems with more effective nodes. Currently, the genetic loci and action mechanisms that directly control the number of main stem nodes in soybean are unclear yet, which significantly delays the molecular breeding of IPA soybean cultivars. Previously, we identified a key domestication gene GmPRR3b, which controls soybean growth period, through genome-wide association analysis (GWAS). We found that the GmPRR3b haplotype H6 had been exclusively selected during domestication and genetic improvement, possibly due to its beneficial effects in both promoting flora transition and node growth. In this study, we plan to identify the GmPRR3b interaction proteins and downstream genes, and dissect the molecular mechanisms of how GmPRR3b haploid H6 accelerates node growth. This work will provide theoretical guidance and breeding materials for the breeding of IPA soybean varieties in future.
大豆主茎节数是影响产量和抗倒伏性的关键性状,但传统矮化育种策略因节数减少难以直接应用。为解析其遗传机制,本研究通过全基因组关联分析(GWAS)对1454份大豆材料的节数性状进行定位,鉴定出调控主茎节数的关键基因 GmPRR3b。该基因存在5种单倍型,其中 H6 单倍型在现代栽培大豆中被强烈选择(从野生大豆的8.57%增至选育品种的95.90%),而 H4 单倍型因易导致倒伏在驯化中逐渐淘汰。通过遗传转化和CRISPR-Cas9技术构建过表达和突变体材料,发现 GmPRR3bH6 过表达显著增加节数,而突变体节数减少,表明其正调控作用。.分子机制研究表明,GmPRR3bH6 通过与 GmPRR1a 蛋白互作,抑制其对下游基因 GmDT1 的过度激活,从而平衡节数与茎秆强度。反之,GmPRR3bH4 因无法与GmPRR1a互作,导致GmDT1表达增强,引发无限结荚和倒伏。遗传学实验进一步证实,GmPRR3b 位于 GmPRR1s 下游调控 GmDT1 表达,形成 GmPRR1s-GmPRR3b-GmDT1 通路。田间试验显示,Gmprr1s 突变体节数显著增加(北京增产37.66%),且株型直立抗倒伏,验证了该通路的高产潜力。.本研究首次揭示 GmPRR3bH6 在驯化中被选择的分子基础,创制了关键基因的过表达和突变体材料,为大豆株型改良提供了新靶点。成果发表于《Plant Biotechnology Journal》《Nature Communications》等期刊,培养博士生2名,博士后2名,推动了大豆分子育种的理论创新与应用,对实现“绿色革命”式产量突破具有重要意义。
隐花色素GmCRY1b过表达提高大豆耐荫性和产量的机制分析
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批准号:31871705
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:刘斌
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依托单位:
拟南芥隐花色素Cryptochrome 1起始蓝光信号传导的机理研究
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批准号:31171352
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项目类别:面上项目
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资助金额:55.0万元
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批准年份:2011
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负责人:刘斌
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依托单位:
国内基金
海外基金