课题基金 / 基金详情

马铃薯细胞嵌合体引起生物量增加的成因与发生机制研究

批准号:
32070556
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
熊志勇
依托单位:
学科分类:
基因表达及非编码序列调控
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
熊志勇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
多倍体通常导致生长活力增加和生物量提高,对其发生机制有多种假说。细胞嵌合体是基因组加倍不完全的个体,其顶端分生组织的三个细胞层由两种或以上倍性细胞组成。通常细胞嵌合体作为倍性育种过程中的次品被丢弃。申请者前期研究获得多个马铃薯细胞嵌合体和同源四倍体,发现含少量加倍细胞(约30%)的细胞嵌合体比二倍体亲本(Solanum chacoense)和同源四倍体有更强的生物量优势。本项目将利用这些创新性实验材料,结合申请者建立的细胞倍性精确鉴定技术,通过表型性状鉴定、组织结构观察、细胞壁组分、纤维素转化率和转录组分析等方法,1)明确细胞嵌合体哪一细胞层基因组加倍导致强生物量优势;2)了解不同细胞层在生物量增加形成中的作用;3)研究细胞嵌合体的遗传和表型稳定性;4)寻找与生物量增加相关的差异表达基因。项目的开展将增进对多倍化导致生物量增加的成因和机制的认识,为细胞嵌合体在作物育种的利用提供新思路。
英文摘要
Plant polyploidy usually induces increased growth vigor, biomass and adaptability, which has played a key role in plant breeding and crop improvement. While cytochimeras, as a byproduct of ploidy breeding, are intensively avoided and discarded due to theirs incomplete genome doubling. Until now, the mechanism of the increase of biomass caused by polyploidy is not clear. In previous study, we found that potato cytochimera had the most significant growth vigor and biomass than both of the diploid progenitor (Solanum chacoense) and autotetraploids. In this project, using a newly developed technology for precisely identifying the level of ploidy, the applicants will conduct phenotypic identification, tissue dissection, cell wall composition assay, saccharification yield efficiency and transcriptome analyses on these innovative materials. The goals of this project are to: 1) Identify the apical layers with genome duplication leading to the biomass increase in cytochimera. 2) Understand the role of different apical layers in the formation of biomass. 3) Study the genetic and phenotypic stability of the cytochimeras. 4) Find out the differentially expressed genes related to biomass increase. The completion of this project will significantly improve our knowledge about the mechanism of genomic doubling induced growth vigor and will provide a new approach for crop breeding.
全基因组加倍(WGD)是植物进化过程中的重要特征。多倍化会引起生物量的增加,其发生机制尚不清楚。栽培马铃薯主要同源四倍体,是研究同源多倍化的模式植物。本研究对不同倍性的马铃薯进行了DNA和RNA甲基化、单细胞和Bulk转录组以及代谢组测序以挖掘提高生物量的候选基因,探索同源多倍化如何调控表观修饰和基因表达,以及同源多倍体和细胞嵌合体生物量显著增加的机制。.对细胞嵌合体的稳定性进行分析发现大多细胞嵌合体是稳定的,不稳定的细胞嵌合体更倾向恢复为二倍体。证实只有维持细胞嵌合的状态才会引起生物量的增加。多组学数据分析结果显示同源多倍化会引起5mC水平的降低和代谢物含量的增加,响应多倍化的基因大多与转录和翻译有关。单细胞转录组测序分析显示同源多倍化对基因的表达主要起激活作用,Tet较Dip的上调基因远多于下调基因。此外,同源多倍化对基因表达的影响具有空间特异性,不同组织细胞的基因表达存在很大差异。与Dip的m6A修饰相比,Tet的m6A峰在3’UTR的占比增加,在CDS的占比减少,且差异峰几乎都是上调的,说明同源多倍化会改变m6A的分布模式并提高m6A的水平。.FISH和单细胞转录组测序的结果显示Cyt中四倍体细胞的比例约为25%,其部分叶扁平细胞、韧皮部和木质部细胞为四倍体细胞。甲基化相关酶的基因表达下调导致5mC和m6A水平按照Dip、Tet和Cyt的顺序分别降低和升高,5mC和m6A水平分别与生物量呈负相关和正相关。此外,得到了6个调控生物量的候选基因,它们均可能受到甲基化修饰的影响而发生表达改变。利用VIGS技术将Dip马铃薯的m6A去甲基化酶候选基因StALKBH10B沉默,显著提高了Dip的生物量。本研究提出了显著提高生物量的机制假说,为以提高生物量为目标的转基因育种提供了可靠的候选基因。
减数分裂同源染色体配对异常导致油菜种内杂交产量劣势的机制研究及种质创新
  • 批准号:
    31871239
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    熊志勇
  • 依托单位:
马铃薯现代细胞遗传学体系的建立及其在相关研究中的应用
  • 批准号:
    31560302
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    43.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    熊志勇
  • 依托单位:
异源三倍体在多倍体形成中的作用及其发生规律研究
  • 批准号:
    31471173
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    熊志勇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金