基于水稻染色体片段代换系的主效多粒密穗QTL-qSP1的图位克隆及分子机制研究
批准号:
32072039
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
赵芳明
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:
赵芳明
中文摘要
不管大穗型、穗粒兼顾型和多穗型哪种增产途径,解析其中基因是重要的课题。本研究创建了三片段水稻多粒密穗染色体片段代换系Z1364,并克隆了主效QTL-qSP1,qSP1编码转录辅抑制因子LEUNIG,遗传互补表明LEUNIG是目的基因。qSP1变异引起Z1364穗粒数显著增加。qRT-PCR分析表明,GN1a和其转录激活因子DST的表达在Z1364显著下调。GN1a表达下调会引起分生组织CK积累导致穗粒数增加,DST可以与GN1a启动子直接结合促进GN1a表达减少籽粒。本项目重点解决三个问题:以RNAi、超表达、原位杂交、亚细胞定位等明确qSP1的基本功能;以双、三突变体遗传分析qSP1与GN1a和DST调控关系;以ChIP、酵母双杂交、BiFC等明确qSP1靶基因和互作蛋白及调控水稻籽粒发育的分子机制。因而本项目对明晰qSP1调控水稻多粒密穗的机理及水稻大穗型新品种培育具有重要应用价值。
英文摘要
There are three types of increasing yield in production, including large-panicle type, both panicle and grain type, and multiple panicle type. Wherever by either type, it is an important subject to dissect key genes and revolve their molecular regulation mechanism. In our research, we identified a three-segment rice chromosome segment substitution line-Z1364 with increasing panicle grains from Nipponbare as recipient and Xihui18 as donor. And cloned the major QTL-qSP1 for increasing panicle grains which encodes LEUNIG, a transcriptional corepressor. Its mutation resulted in the increasing number of secondary branches, panicle grains and seed-setting density. qRT-PCR results showed that the expression levels of GN1a and DST which is the activator of transcription of GN1a were down-regulated significantly in Z1364 compared with Nipponbare. Based on the good research bases, three important problems will be resolved in the project. (1) Clarify the basic function of qSP1 by the methods as RNAi, over-expression, in situ hybridization, qRT-PCR, and subcellular localization, etc. (2) Clarify the regulating relationship of qSP1 and GN1a and DST by genetic analysis of double and triple-mutants. (3) Clarify the target gene and interaction protein by the methods as ChIP, EMSA, Yeast two-hybrid, BiFC etc. Consequently, the project will be of great value for explicating the molecular mechanisms of regulating grain development by qSP1 and for breeding novel rice varieties with large panicle type.
随着我国城镇化用地和农用耕地矛盾的突出,为保障粮食安全,提高产量仍是水稻育种的重要目标。水稻产量性状主要由每株有效穗数、每穗粒数和粒重三个因素决定。这三要素间相辅相成而又相互制约。如何突破各要素间的相互制约性,找到维持平衡的结点,成为当前水稻科学研究以及分子设计育种所面临的一个挑战。在一个品种中,往往会出现多粒就小粒、大粒就少粒的现象。本项目同时图位克隆了多粒大粒单片段代换系Z499的50Kb代换区的多粒基因qSP1和大粒基因qRBG1。(1)明确了qSP1和qRBG1的生物学功能,qSP1编码转录辅抑制子LEUNIG,包含3个保守的基序且qSP1及其同源蛋白均包含LisH和WD40保守结构域。在受体日本晴背景中过表达qSP1导致每穗粒数显著减少,而RNAi使每穗粒数显著增加,qSP1基因在穗的不同发育时期均有表达,尤其在1.5 cm 的穗中表达最高,且特异表达在小穗轴,亚细胞定位于细胞核,无转录自激活活性。qRBG1编码一个非典型的BES1/BZR1基因家族新成员OsBZR5,在受体日本晴背景中过表达qRBG1导致粒长、粒宽和粒重显著减小,而qRBG1敲除和RNAi使粒长、粒宽和粒重显著增加,qRBG1在0.5cm的幼穗中表达量最高,该蛋白定位于细胞核,没有转录自激活活性,但有转录抑制活性。(2)分别阐明了qSP1调控粒数和qRBG1调控籽粒大小发育的分子机制。Z499中多粒和大粒分别为两条不同的分子信号途径,一条为转录辅抑制子qSP1通过衔接蛋白OsSEU3间接与OsSHI1结合形成OSHI1-OsSEU3-qSP1-OsSEU1/2复合体一同抑制下游基因IPA1和DEP1的表达进而负调控粒数;另一条为qRBG1在 BR途径通过OsGSK2-qRBG1/OsBZR5-OsBZR1-D2-OFP1调控水稻籽粒大小发育。因而Z499是研究两条途径如何最佳协调,寻找多粒和大粒维持平衡节点的良好材料,在解析这一重大难题的基础理论研究中有重要理论意义,(3)通过项目资助,发表论文4篇,其中SCI论文3篇,2篇为一区论文,分别为Nature Communications 和Rice;申请国家发明专利2项;培育三系杂交稻不育系(西大香3A)1个;培养博士生1名,硕士生6名。
基于水稻单片段代换系S3的主效多粒QTL-qSSD5的图位克隆及分子机制研究
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批准号:CSTB2023NSCQ-MSX0124
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2023
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负责人:赵芳明
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依托单位:
AP2家族转录因子SH6调控水稻落粒的分子机制研究
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批准号:31871593
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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:赵芳明
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依托单位:
水稻单侧卷叶基因URL2(t)的克隆及功能研究
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批准号:31071480
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项目类别:面上项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2010
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负责人:赵芳明
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依托单位:
国内基金
海外基金