抗水稻细菌性条斑病新基因的克隆和抗性机理研究
批准号:
32060473
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
刘芳
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:
刘芳
中文摘要
水稻细菌性条斑病(简称细条病)是水稻的重要病害,已严重威胁亚洲热带和亚热带地区水稻生产。水稻细条病抗性被认为是数量性状,主要受多基因控制,因此其抗性基因的定位和克隆较为困难,迄今只有极少的抗性数量性状位点(QTL)被克隆。对水稻细条病抗性基因及其调控机理认识的缺乏,限制了抗性资源在育种中的应用。我们前期从广西普通野生稻中鉴定了1份高抗细条病的材料,其抗性由一新的主效基因bls2控制,定位在第2染色体170kb范围内,该区段有21个候选基因,发现LOC_Os02g39960与水稻抗细条病表型完全连锁,是最可能的候选基因。本研究拟采用图位克隆的方法克隆该基因,通过过量表达和CRISPR/Cas9技术研究其功能,qRT-PCR分析其表达模式,转录组学、蛋白组学和生物信息学来揭示其上下游基因和基因互作网络。从而阐明bls2的生物学功能和抗性分子机理,为培育水稻抗细条病新品种提供基因资源和理论依据。
英文摘要
Rice bacterial leaf streak (BLS), an important disease in rice, has become a serious threat to rice production in tropical and subtropical regions of Asia. Yield losses from BLS are normally 8% to 32%. Breeding resistant varieties is one of the most economic, effective and environmentally safe ways to control the disease. The BLS resistance in rice has proved to be mainly controlled by quantitative trait loci (QTLs). To date, only a few QTLs for BLS resistance have been cloned, which limits the application of the BLS- resistance resources in rice breeding. In our previous studies, 1 rice accession, which were derived from Guangxi common wild rice (O. rufipogon Griff.), was screened and identified to be highly resistant to BLS. It was shown that the BLS resistance in this material was controlled by a new gene bls2. It was already mapped in a region of 170kb on chromosome 2. Twenty-one candidate genes in the location region were predicted in accordance to the rice gene annotation network. After HRM(high-resolution melt)detection, LOC_Os02g39960 was found completely linked to BLS resistance phenotype, it was the most reasonable candidate gene. In this study, this novel resistance gene will be cloned by positional cloning method. The over-expression and CRISPR/Cas9 gene editing of bls2 in transgenic rice lines will be constructed to verify its function. qRT- PCR will be used to study its expression pattern. Transcriptomics, proteomics and bioinformatics will be applied to reveal its upstream and downstream genes and gene-interaction network. Our results will uncover the bls2-mediated biological function and resistance mechanism, providing the gene resource and theoretical reference for BLS- resistance breeding.
水稻细菌性条斑病(简称细条病),是国际上重要的检疫性病害之一。近年来其发病呈快速上升趋势,已严重威胁亚洲热带和亚热带地区水稻生产。有效利用抗细条病基因进行抗病品种培育可以从源头解决细条病防治问题。本课题对来自广西普通野生稻的抗细条病基因bls2进行图位克隆,通过转基因互补实验和CRISPR/Cas9技术研究其功能,利用qRT-PCR分析其表达模式,整合转录组学、蛋白组学和代谢组学分析阐明其抗性分子机理,并且构建抗性近等基因系来评价bls2的育种价值。主要研究结果如下:(1)bls2编码一个LRR结构域蛋白,定位于内质网和细胞核。抗、感亲本间在LRR结构域有4个氨基酸差异。进化树分析表明bls2与抗白叶枯病蛋白Xa21亲缘关系最近。该基因在叶中的表达量最高,其次是穗和茎,表达量最低的是根。(2)与野生型相比,bls2基因互补株系对细条病菌gx01的抗性增强了,而基因敲除株系的抗性则减弱了。(3)筛选到2个与细条病抗性密切相关基因:细胞色素P450基因Os02g0570700和转录因子MYC2相关基因Os10g0575100。筛选到茉莉酸、赤霉素、肉桂酸、苯甲酸、香豆酰胍丁胺、反式-2α-羟基异贝壳杉烯等关键抗性代谢物。(4)bls2介导的抗性依赖茉莉酸的信号转导途径,诱导病程相关蛋白PR1基因的表达,并且通过二萜生物合成途径和苯丙烷生物合成途径,促进二萜类物质、肉桂酸衍生物等次生代谢产物的合成,激活对细条病菌的防御反应。(5)bls2在苗期、分蘖期和孕穗期对来自广西和云南的4个强致病力菌株都具有抗性,且对农艺性状无不良影响,是一个具有良好应用前景的抗病基因。本研究结果为深入了解细条病抗性基因的生物学功能和抗性机理,以及培育抗细条病水稻新品种奠定了坚实的基础。
基于认知能力局限性的群体决策理论及农业育种选择应用研究
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批准号:72671088
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项目类别:面上项目
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资助金额:40.00万元
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批准年份:2026
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负责人:刘芳
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依托单位:
时间多尺度信息下的群体决策理论及其应用研究
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批准号:71871072
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.0万元
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批准年份:2018
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负责人:刘芳
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依托单位:
考虑方案集信息非完全的群体决策理论及其应用研究
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批准号:71571054
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.7万元
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批准年份:2015
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负责人:刘芳
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依托单位:
水稻细菌性条斑病抗性新基因的分子标记精细定位与育种利用研究
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批准号:31460341
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:49.0万元
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批准年份:2014
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负责人:刘芳
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依托单位:
基于模糊层次分析法的群体决策理论及其应用研究
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批准号:71201037
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:19.0万元
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批准年份:2012
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负责人:刘芳
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依托单位:
水稻OsTFL2的表达调控及促进开花的机理研究
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批准号:31160235
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:49.0万元
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批准年份:2011
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负责人:刘芳
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依托单位:
国内基金
海外基金