基于代谢组学和转录组学的彩色油菜花色多样性机理研究
批准号:
32060494
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
付东辉
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:
付东辉
中文摘要
近年来,观光型油菜已经成为我国部分地区乡村振兴、美丽乡村建设和观光旅游产业发展的一个重要支柱。通过花粉引进及多年选育,我们已经选育出了红色、粉色、紫色、黄白、央斑等38种彩色油菜花色。然而,不同花色材料之间杂交会经常出现不同于亲本的新的花色。若采用传统的图位克隆进行研究将会出现难以确定表型、周期长和工作量大的困难。为了加快对各种花色产生的机理的研究,本项目拟首先对9种具有代表性的花色(深桃红、深紫色和紫红色等)和对照黄花进行花瓣代谢组学分析,寻找出差异代谢物,鉴定出关键性差异代谢物。其次采用转录组学的方法,对上述10种花色的样品进行基因差异表达检测,对差异表达基因进行功能注释和代谢通路分析。结合类胡萝卜素和花青素代谢途径,确定导致不同花色之间差异的关键候选基因,克隆相关基因,进行遗传转化和功能鉴定,确定彩色油菜产生花色多样化的机理。此研究对新花色的资源创建和彩色油菜新品种选育具有重要意义。
英文摘要
In recent years, sightseeing rapeseed has become an important pillar of rural revitalization, beautiful rural construction and tourism industry development in some areas of China. Through the introduction of pollen and many years of breeding, thirty-eight kinds of colors, such as red, pink, purple, yellow and white, central spot, have been bred by us. However, hybridization between different color materials often results in new colors that are different from their parents. It will be difficult to determine phenotype, and need long cycle and heavy workload if traditional map-based cloning is used. In order to speed up the study on the mechanism of different flower colors, this project first carries out petal metabonomics analysis on nine representative flower colors (deep pink, dark purple and purplish red etc.) and the control yellow flower, and screens the differential metabolites and identifies the key differential metabolites. Secondly, transcriptomics was used to detect differentially expressed genes in ten samples of the same color. Functional annotation and metabolic pathway analysis of differentially expressed genes were carried out. Combining the metabolic pathways of carotenoids and anthocyanins, the key candidate genes causing the differences between different flower colors were identified, and the related genes were cloned for genetic transformation and functional identification. To determine the mechanism of color diversity in rapeseed, this study is of great significance to the establishment of new flower color resources and the breeding of new varieties of color rapeseed.
近年来,观光型油菜已经成为我国部分地区乡村振兴、美丽乡村建设和观光旅游产业发展的一个重要支柱。通过花粉引进及多年选育,我们已经选育出了红色、粉色、紫色、黄白、央斑等70种彩色油菜花色。然而,不同花色材料之间杂交会经常出现不同于亲本的新的花色。若采用传统的图位克隆进行研究将会出现难以确定表型、周期长和工作量大的困难。为了加快对各种花色产生的机理的研究,本项目首先对9种具有代表性的花色(深粉色、浅粉色、黄绿色、白色、深血红色、深黄红色、浅黄红色、深紫色和浅紫色)和对照黄花进行花瓣代谢组学分析,寻找出差异代谢物,鉴定出关键性差异代谢物,结果表明:深血红色、浅黄红色、深黄红色、深粉色和深紫色的甘蓝型油菜可能是通过增加二氢槲皮素到矢车菊素的这条代谢途径的代谢物的积累,导致花瓣中花青素含量增加,从而调控花瓣颜色的形成。其次采用转录组学的方法,将9个彩色花色样品与黄色对照相比,分别检测到了7924-14778个不等的差异表达基因,再对其进行GO功能注释:生物功能主要是富集在细胞过程和代谢过程;细胞组成主要富集在细胞、细胞组分和膜;分子功能主要是富集在结合和催化活性。同时也进行了差异表达基因的KEGG分析:差异基因主要被富集到抗生素的生物合成途径、碳代谢途径和植物激素信号转导途径、核糖体途径、氨基酸的生物合成途径等上面。结合类胡萝卜素和花青素代谢途径,最终选择了9个基因作为功能验证的关键基因,包括BnaC03G0148100ZS,BnaA08G0082300ZS,BnaA08G0200500ZS,BnaA09G0187400ZS,BnaA03G0208700ZS,BnaC08G0007500ZS,BnaA02G0160600ZS和BnaC02G0205500ZS,BnaC06G0072000ZS和BnaC03G0671300ZS,BnaA09G0148900ZS。对9个关键基因中8个基因进行了基因编辑突变,颜色均从深色变为浅色、黄色或其它颜色,碱基突变类型有插入、缺失、替换等,或混合型;对其中1个基因进行了超表达分析,花瓣颜色更深一层,说明9个基因均是控制彩色油菜花色的关键基因,这些基因为后续的聚合育种,选择颜色更深的花色或新的花色提供重要帮助。
红花甘蓝型油菜花色相关基因的定位和克隆
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批准号:31860417
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:39.0万元
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批准年份:2018
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负责人:付东辉
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依托单位:
人工合成甘蓝型油菜中异源多倍体化诱发的四个开花基因结构和功能变异的特征分析
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批准号:31260335
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:52.0万元
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批准年份:2012
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负责人:付东辉
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依托单位:
国内基金
海外基金