课题基金 / 基金详情

Rf1调控棉花细胞质雄性不育育性恢复的分子机制解析

批准号:
32072115
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
梁成真
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:
梁成真

项目摘要

结项摘要

梁成真的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
细胞质雄性不育和恢复(CMS/Rf)系统不仅可以实现杂交种简化制种,促进作物杂种优势的利用,而且也是研究细胞核和细胞质互作的理想材料。棉花三系配套成功并用于杂交育种已多年,但CMS/Rf分子机制研究仍然滞后。申请人前期以哈克尼西棉不育胞质(CMS-D2)三系体系为实验材料,通过构建大规模遗传分离群体,组装恢复系HaiR高质量基因组,图位克隆到主效育性恢复候选基因Rf1,并利用VIGS实验对Rf1基因进行了初步的功能验证。本项目拟在此基础上,利用基因互补、过表达和CRISPR/Cas9等实验进一步验证恢复基因,深入研究Rf1调控CMS育性恢复的分子机制,阐明其起源和演化规律,为棉花三系杂交育种提供理论支持。
英文摘要
Cytoplasmic male sterility and fertility restorer (CMS/Rf) system provide a practical tool for facilitating hybrid seed production. It is also an ideal model for study of the interaction between nucleus and cytoplasm. The cotton three-line technology have been developed and exploited in hybrid cotton production for several years, however, compared to other plant such as rice and maize, the study of molecular basis of three line traits in cotton has significantly lagging behind. In order to cloning of Rf genes restoring CMS in cotton, we developed a large-scale of F2 segregation population from across between upland cotton varieties P30A (CMS-D2) and sea-island cotton varieties HaiR (restorer). We identified the Rf1 gene by map-based cloning based on assembling a high quality genome of HaiR, and validated its function by using virus-induced gene silencing (VIGS). This project will give detailed analysis of Rf1 biological functions be based on the previous studies by gene complementary, overexpression, and CRISPR/Cas9 experiments to determine its biology function. Furthermore, we will investigate the mechanism of Rf1 involved in CMS fertility restores by genetics, molecular biology, and biochemistry, and also explore its origins and evolution process. The results obtained will help us to get further understanding on the regulatory mechanism of CMS/Rf in cotton, and provide the theoretical support for the cotton three-line hybrid breeding.
三系杂交技术的应用是作物育种历史上的一次重大突破,极大地推动了作物产量的提升。三系杂交棉不仅显著提升了纤维的产量和品质,而且通过利用不育系,省去了人工去雄的步骤,从而大幅降低了杂交种子的生产成本。然而,尽管棉花三系配套技术已成功应用近50年,CMS/Rf分子机制的研究和应用进展仍然缓慢,这主要是因为关键的恢复基因Rf1尚未被成功克隆。通过本项目实施,我们利用实验室积累的丰富棉花三系遗传资源,构建了大规模的F2遗传分离群体,并通过全基因组关联分析,成功将Rf1基因精确定位在120kb的区域内。通过三代测序技术,我们对该恢复基因的目标区域进行了精确的组装和序列优化,并利用新开发的分子标记以及35,000株海陆F2分离群体成功克隆了Rf1基因。进一步的转基因互补实验和CRISPR技术验证表明,PPR1和PPR2两个基因是调控CMS育性恢复的关键候选基因。原位杂交和GUS实验也证实了PPR1和PPR2在花粉中的特异性表达,其中PPR1在花粉发育早期表达,而PPR2则在成熟期表达。利用Rf1作为诱饵蛋白进行的酵母双杂交实验中,我们鉴定到2个与Rf1互作的候选蛋白。此外,我们对10个不同的恢复系以及可能是Rf1来源的哈克尼西棉等6个二倍体棉种进行了20倍深度的基因组重测序,从而揭示了CMS-D2恢复系中恢复基因片段的来源,并分析了Rf1基因的起源、演化以及在育种过程中的人工选择。基于这些研究成果,我们开发了与恢复基因紧密连锁的分子标记,并结合实验室多年的育种经验及棉花种质资源,通过常规育种方法对现有恢复系进行了改良,筛选出了恢复力强、产量和品质优良的恢复系。这些成果为培育高产、优质、商品性好、综合性状优良的杂交棉新品种提供了宝贵的种质资源。
GhbZIPX及其靶基因调控棉花盐胁迫应答及叶片衰老的分子机制
国内基金
海外基金