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大豆核雄性不育位点MS2的基因克隆及功能研究

批准号:
32072084
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
李美娜
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:
李美娜

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
杂种优势利用是大幅度提高作物产量的最有效途径。雄性不育系遗传背景狭窄、不育形成和作用机理不明晰以及杂交制种困难等因素极大地限制了大豆杂种优势规模化应用。但是,基于隐性核不育基因开发的智能雄性不育系统,为快速而有效利用大豆杂种优势提供了可能。我们前期首先将控制大豆育性的隐性核不育ms2位点进行了初步定位,利用单片段代换系群体进一步精细定位并图位克隆了ms2候选基因。生物信息学和遗传学分析证实MS2是控制大豆花药育性的基因,但其调控花药发育的机制尚不清楚。因此,本项目将通过遗传转化、蛋白质互作、细胞生物学观察、转录组测序结合生物信息学分析等手段解析MS2基因在大豆花药发育过程中的角色和功能,阐明其调控大豆雄性不育的分子机制。本项目研究结果将促进对大豆雄性不育机理的深入认知,同时为大豆杂种优势利用提供理论基础和宝贵基因资源,开发基于隐性核不育基因的智能雄性不育系统,将极大地促进杂交大豆产业发展。
英文摘要
Hybrid breeding is an important approach to increase yield in crops. Soybean is one of the few main crops without large-scale utilization of heterosis, which is mainly restricted by the limited germplasm resources of male sterile line, the unclear formation and mechanism of sterility and the difficulty of hybrid seed production. With the development of biotechnology, the utilization of recessive genic male sterility gene and the development of male sterility system based on advanced biotechnology provide the possibility for the rapid utilization of soybean heterosis. Previously, we and others have located the recessive nuclear male sterile locus ms2 on soybean chromosome by using the next-generation sequencing (NGS)-based bulked-segregant analysis method. Then we used the single segment substitution line population to further fine locate and map the candidate gene of MS2. Bioinformatics and genetic analysis confirmed that MS2 is the gene regulating the soybean male fertility. On this basis, we will explore the role and function of MS2 gene in soybean anther development by means of genetic transformation, protein-protein interaction, cell biology observation, transcriptome sequencing and bioinformatics analysis, and further study the molecular mechanism of its regulation in soybean male fertility. Our study will promote the deep understanding of the mechanism of soybean anther development, and provide theoretical basis and valuable genetic resources for soybean hybrid breeding, which has great potential for increasing crop yield.
我国大豆产量较低,长期依赖大量进口,对国家粮食安全构成严重威胁。因此,提高我国大豆自给水平已成为亟待解决的科学和农业生产问题。通过开发边际土地进行大豆扩种以及提升单产水平,是应对这一问题的两项重要举措。杂种优势能够显著提高植物的抗逆性和单产水平,并已在水稻、玉米和油菜等作物中得到了广泛应用,取得了显著的增产效果。然而,与上述作物相比,大豆杂种优势的利用水平仍然较低。目前,在大豆中仅建立了三系法杂交育种体系,已培育出超过四十个通过审定的杂交品种。然而,由于恢复系种质资源匮乏以及不育系育性稳定性较差等因素,限制了杂交大豆的大规模推广应用。智能杂交系统在水稻和玉米中已搭建成熟,为杂交大豆的商业化推广提供了新的可能。该系统基于核雄性不育基因而建立。然而,由于大豆基因组复杂、基因功能研究进展缓慢,目前可利用的雄性不育基因资源十分有限。因此,亟需加大对大豆核雄性不育基因的鉴定力度。ms1和ms2是大豆中最早被鉴定的两个核雄性不育突变体,但其候选基因至今仍未明确。本项目中利用图位克隆技术对大豆MS1和MS2基因进行了精细定位,并进一步解析了MS1基因的功能。研究结果表明,MS1编码驱动蛋白家族的一个成员,其主要功能发生在大豆雄配子形成阶段。细胞学及组学实验进一步显示,MS1蛋白与微管共定位,并参与调控减数分裂后期胞质分裂阶段细胞壁和细胞板的形成过程。此外,大豆ms1突变体及CRISPR/Cas9敲除突变体均仅表现出雄性育性异常,但未显示任何营养生长缺陷,体现了该基因在杂交育种中的独特优势。综上所述,MS1基因的分子克隆及功能解析,不仅对理解大豆花药发育的调控机制具有重要的理论意义,还为构建大豆雄性不育系统、推动大豆杂交种的广泛应用提供了潜在的经济价值。
大豆生物钟基因GmCCA1/LHYs耐高pH盐碱胁迫的功能研究
  • 批准号:
    31871648
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    李美娜
  • 依托单位:
国内基金
海外基金