课题基金 / 基金详情

苦荞裂壳突变体ch2遗传定位、基因克隆及分子机制研究

批准号:
32070365
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
孙朝霞
依托单位:
学科分类:
植物资源保护与利用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙朝霞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
苦荞籽粒营养价值丰富,是药食兼用的小杂粮作物之一,而苦荞厚种壳性状导致生产加工脱壳困难且营养损失严重,因此创制新型易脱壳苦荞种质具有重要的生产实践意义。我们前期通过EMS诱变获得一个易脱壳的新型苦荞裂壳突变体cracked hull 2(ch2),但其籽粒发育过程中裂壳性状形成的分子机制目前尚不清楚。本项目拟通过比较分析突变体与亲本籽粒发育过程中种壳细胞学特征和纤维素合成相关酶活变化规律,找到与裂壳性状相关的细胞学和酶学证据;通过遗传作图精细定位裂壳基因ch2并进行克隆;采用转基因策略,解析ch2基因分子功能;利用籽粒发育过程中纤维素代谢组及转录组联合分析,揭示ch2基因调控种壳纤维素代谢及相关基因表达特征;利用基因编辑技术敲除苦荞厚种壳种质ch2等位基因,创制苦荞裂壳新种质。上述研究将阐明苦荞裂壳性状关键基因ch2控制种壳发育的分子遗传机制,为苦荞种壳性状分子育种提供理论依据和应用指导。
英文摘要
The grain of tartary buckwheat with abundant nutrition values is a kind of medicinal and edible minor cereal crops. However, the thick hull trait of grain led to dehull difficultly and lost lots of nutrition components during production and processing. Therefore, it is of great practical applications to develop a new easily dehulling tartary buckwheat germplasm. Previously, we bred a new type of cracked hull mutant (ch2) with a high hulling rate by EMS mutagenesis in Tartary buckwheat. But the underlying molecular mechanism on forming the cracked hull trait is still unknown during the grain development at present. In this project, we will be tried to find the cytological and enzymatic evidence related to cracked hull trait by comparing and analyzing the characteristics of cytology and enzyme activity during the grain development between the ch2 mutant and wildtype. The ch2 gene will be cloned using genetic mapping, and identified the molecular function by transgenic strategy. In further, the ch2 gene-regulating cellulose metabolism and related genes expression will be revealed by combined analysis of cellulose metabolome and grain hull transcriptome during grain development. The ch2 allele in tartary buckwheat germplasm with thick hull trait will be knocked out using gene-editing technology for breeding a new easily dehulling germplasm in the future. In summary, it will be elucidated the molecular genetic mechanism of the ch2 gene controlling the development of grain hull and provided a theoretical basis and practical instruction for molecular breeding grain hull traits of Tartary buckwheat.
苦荞是重要的药食同源杂粮作物,具有较高的营养价值,是践行大食物观、缓解隐形饥饿的优良作物。而长期以来困扰苦荞加工的难题是脱壳难造成的营养流失及材料损失。针对上述问题,本研究旨在通过分子生物学方法解析苦荞种壳开裂的分子机制及其对种壳硬度的影响,筛选关键基因并开发遗传资源以改良苦荞品质。采用EMS诱变技术获得苦荞种壳开裂突变体ch2,以ch2为亲本构建杂交群体,利用BSA测序定位与种壳开裂候选区段并定位候选基因并筛选候选基因;利用核磁共振解析了苦荞种壳木质素组分,GC-MS测定木质素含量,利用全基因组关联分析(GWAS)解析与种壳硬度关键基因。结果表明(1)ch2突变体表现出优良性状,包括籽粒可溶性糖和赖氨酸含量显著提高、直链淀粉含量降低等特性,为苦荞功能性食品开发提供了良好的原料。(2)BSA测序将候选基因定位于1号染色体FtPRX(过氧化物酶)基因,通过遗传解析FtPRX基因功能及其过表达对种壳开裂和硬度调节的影响,进一步明确了其表达水平降低造成木质素含量减从而形成易开裂种壳的分子机制;并成功开发KASP-379分子标记准确鉴定了种壳开裂材料。(3)利用mGWAS调查274份苦荞材料对苦荞种壳木质素单体及种壳硬度,发现S木质素升高是造成种壳硬度降低的原因;鉴定到了与木质素代谢关键基因Ftcomt和FtF5H,这些基因为苦荞易脱壳机制解析提供了理论依据。上述研究不仅揭示了苦荞种壳开裂和硬度调控的分子机制,开发了高效的分子标记,为苦荞品质改良和育种提供了重要的理论支持和技术手段。这些成果对推动苦荞遗传育种、提高苦荞产量和品质具有重要的科学意义和应用价值。此外,该研究为植物木质素代谢调控网络的解析提供了新的视角,丰富了植物次生代谢调控的理论体系。同时,开发的分子标记和挖掘的关键基因为其他作物的类似研究提供了技术参考和基因资源,具有广泛的推广价值和应用前景。这些成果不仅对苦荞产业的可持续发展具有重要意义,还为作物遗传改良和功能性食品开发提供了新的思路和工具。
苦荞FtMYB54调控种壳厚度的分子机制
  • 批准号:
    32572334
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    51.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    孙朝霞
  • 依托单位:
苦荞R2R3-MYB SG7类转录因子基因功能分析
  • 批准号:
    31301385
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    孙朝霞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金