课题基金 / 基金详情

沙棘属植物果实大小变异的遗传机制研究

批准号:
32060060
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
赵婧
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:
赵婧

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
胡颓子科沙棘属的中国沙棘和肋果沙棘,是多年生、雌雄异株落叶灌木或乔木,分布于我国黄土高原和青藏高原,抗旱寒、抗风沙、耐盐碱、可用于水土保持和土壤改良,果实药食同源。沙棘营养丰富,种间果实大小差异显著,是研究果实大小进化发育的良好试材。本项目拟从进化发育生物学的角度出发,开展中国沙棘与肋果沙棘果实发育过程中的细胞学观察、转录组的比较研究、候选基因的筛选及其分子生物学特性分析和功能研究,以及分子进化分析等研究内容,着重对调控沙棘果实大小的关键候选基因进行比较研究。通过研究两种沙棘发育过程中细胞分裂和细胞延伸活动以及基因表达变化的规律,阐明基因表达变化与果实大小之间的联系,初步揭示关键候选基因在不同沙棘中的功能分化、作用机理和演化模式,从而探讨沙棘属植物果实发育调控网络在进化上的保守性与多样性。同时,这一研究为野生沙棘的大规模栽培、有效保护和合理开发利用沙棘资源提供理论基础和技术支持。
英文摘要
Hippophae rhamnoides subsp. sinensis and Hippophae neurocarpa, two species of the genus Hippophae in Elaeagnaceae, are perennial, dioecious and deciduous shrubs or trees, which are mostly distributed in the Loess Plateau and the Qinghai-Tibet Plateau of China, have great environmental adaptation of the high tolerance to drought, cold, wind-blown sand and saline-alkaline, can be used for water and soil conservation as well as soil improvement, and also have medicinal and edible value. Abundant active ingredients are contained in Hippophae, and they are good materials to study the evolution and development of fruit size because there are significant variations in fruit size between species. From the perspective of evolutionary developmental biology, this project intends to carry out cytological observation of H. rhamnoides subsp. sinensis and H. neurocarpa berries at different developmental stages, comparative analysis of transcriptome, target genes screening, molecular biological characteristics analysis and function research of candidate genes, and molecular evolutionary analysis and so on. Among them, we mainly focus on comparatively studying the key genes regulating fruit size of H. rhamnoides subsp. sinensis and H. neurocarpa in detail. By studying cell division and cell extension activities along with the rules of genes expression changes in the development of two kinds of Hippophae berries, we want to illuminate the relationship between the changes of genes expression and fruit size, to reveal preliminarily functional divergence, molecular mechanism and evolutionary pattern of key candidate genes in different Hippophae, and to further investigate evolutionary conservation and diversity of regulatory networks underlying the fruit development in angiosperms. Moreover, this study provides theoretical basis and technical support for the large-scale cultivation, the effective protection and the rational development and utilization of Hippophae resources.
果实大小和形状是细胞分裂与细胞延伸共同作用的结果。沙棘属植物果实为假果,种间及种内果实性状差异显著。本项目以中国沙棘、棱果沙棘、肋果沙棘为研究试材,通过形态学和细胞学观察、转录组比较分析、重要候选基因筛选等研究,探究三种沙棘果实发育过程中细胞分裂与细胞延伸活动以及基因表达变化规律。在青藏高原东缘的沙棘属自然种群中,对果实的六个发育阶段(S1~S6)进行连续的形态学指标测定,结果显示中国沙棘和棱果沙棘果实呈“S”型生长,肋果沙棘呈“指数”型生长。细胞学观察表明,中果皮细胞的伸长和增殖是影响果实形态建成的关键因素,中国沙棘和棱果沙棘的中果皮细胞延伸持续时间较长、细胞面积显著增大,而肋果沙棘的细胞分裂速率较高。本研究构建了三种沙棘果实发育模式图,揭示了细胞分裂与细胞延伸在果实生长中的复杂调控,并确定S2、S4和S6分别是细胞分裂、细胞延伸和果实成熟的关键时期。对这三个时期进行转录组分析,发现S2和S4之间差异表达的基因数量最多,说明三种沙棘果实在分裂期向延伸期转变时,新陈代谢活动旺盛。对三种沙棘共有的9924个差异表达基因(DEGs)进行趋势分析,发现其表达模式可分为逐渐上升、先升后降和逐渐下降三种类型。通过WGCNA共表达网络分析,筛选出了与果实大小、形状相关的候选基因。其中,Hiprha1gene09797和Hiprha1gene16795在S2时期高表达,且中国沙棘的表达量高于其他两种沙棘,暗示它们可能通过激活细胞分裂相关基因,调控细胞周期,促进果实细胞数目增加,从而影响果实体积和形状;Hiprha1gene02282、Hiprha1gene17779、Hiprha1gene01606和Hiprha1gene21704在S6时期高表达,且肋果沙棘的表达量较高,推测这些基因可能参与ABA信号通路,调节细胞壁的松弛与扩展,促使细胞吸水膨胀。综上所述,本研究的结果有助于深入解析三种沙棘果实大小、形状等性状的分子调控机理,构建基因调控网络,并阐明沙棘属植物果实自然变异的进化发育基础。
MADS-box基因在沙棘属植物雌维花分化和器官决定中的作用研究
  • 批准号:
    32400190
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    赵婧
  • 依托单位:
国内基金
海外基金