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项目一:油菜籽品质性状的胚和母体植株两套遗传体系QTL定位
吴建国 浙江农林大学
通讯地址:浙江省临安市环城北路88号
油菜是我国主要的油料作物,在农业生产以及保障油料供应方面有着重要的作用。随着生活水平的提高,消费者对油菜籽品质提出了更高的要求。育种家在高产育种的同时,把优质作为油菜育种的重要目标之一。油菜籽含油量、蛋白质含量、硫代葡萄糖苷(简称硫甙)含量、芥酸、脂肪酸和氨基酸含量等重要品质性状属于复杂的数量性状,其遗传基础复杂。控制这些品质性状表现的基因可以在胚核基因组中表达,也可以在母体植株核基因组中表达,或者同时在胚和母体植株核基因组中表达。因此,同时进行这些品质数量性状的胚和母体植株两套不同基因组QTL定位以及遗传效应分析具有重要的理论和实际意义。
本研究利用202个TN DH群体分别与亲本Tapidor和Ningyou7回交,构建了177个BC1F1和181个BC2F1 组成的QTL定位群体。采用新近提出的可以同时进行双子叶作物种子品质性状两套遗传体系QTL定位的方法和作图软件,对不同年份获得的油菜籽含油量、蛋白质含量、硫甙含量、芥酸、脂肪酸和氨基酸含量进行了胚和母体植株两套不同基因组QTL定位分析,以进一步阐明不同环境条件下控制油菜籽品质数量性状表现的QTLs在不同遗传体系染色体上的分布差异。主要结果如下:共检测到19个控制油菜籽含油量、蛋白质含量、硫甙含量和芥酸含量的QTL,27个控制脂肪酸成分的QTL,以及57个控制氨基酸表现的QTL。其中,共发现有49个主效QTL,77个新发现的QTL,且在13个连锁群位点上发现有QTL成簇分布的现象,与这些成簇位点紧密连锁的分子标记。在油菜品质改良中可以加以利用。此外,试验检测发现的QTL均具有极显著的胚加性和母体加性主效应,其中45个QTL具显著或者极显著的胚显性主效应,同时22个QTL还具有显著或极显著的环境互作效应,这些在油菜籽品质数量性状分子标记辅助选择上具有一定的参考价值。
在浙江省种质资源重点实验室开放项目的资助下,本项目共完成相关论5篇,本项目资助均为第一标注,其中2篇已经发表、1篇正在排版中、2篇已寄修改稿,另有1篇已投到国外SCI收录杂志。
 
 
项目二:GDSL族脂酶基因对拟南芥种子脂肪酸代谢的影响
吴智明 仲恺农业工程学院园艺园林学院园艺系
通讯地址:广州市海珠区仲恺路501号;邮编:510225
提高种子含油量一直是油料作物育种的主要目标之一。长期以来,提高种子含油量的努力大都放在增加油脂的有效合成上,比如增加合成反应的底物,或抑制与油脂合成竞争底物的贮藏蛋白、粗纤维、色素等物质的合成,或通过改造关键基因促进中间产物的合成与转运等。而我们最近的研究表明,在种子油脂积累的动态平衡过程中,降低油脂的分解也是实现含油量提高的重要途径,是目前尚被忽略的突破口。Seed Fatty Acid ReducersSFAR是我们实验室近年命名并发表的一类基因,泛指种子油脂积累负向调控因子,狭义地指编码分解种子油脂的GDSL类脂酶基因。虽然本实验室曾报道了SFAR1-SFAR5的功能与上游调控信号,但对于拟南芥其余GDSL基因仍缺乏基本的了解。
本人访学研修期间,在浙江省作物种质资源重点实验室开放项目的支持下,通过初步鉴定已知影响种子含油量形成的拟南芥GDSL基因家族中选取了2个基因(At1g20120和At3g04290)进行了深入研究。获得的结果如下:克隆了At1g20120和At3g04290基因及其上游启动子,构建了植物超表达载体,通过农杆菌介导的花序浸渍法获得了超表达转基因株系,对野生型植株、T-DNA插入单突变体和超表达转基因株系种子表型、油体形态、脂肪酸组分和含量,以及种子中参与脂肪酸合成的关键基因表达进行了比较分析,揭示了这些基因在拟南芥种子脂肪酸积累过程中的功能。
 
项目三:水稻可塑性基因RICE PLASITICITY 1 促使
水稻维持表型稳定性的分子机理研究
张翠翠 浙江农林大学农业与食品科学学院
浙江省临安市竹林街397号409室;邮编:311300
植物通过激素响应各种生物及非生物信号来调节其发育的几乎所有方面,在此过程中,植物激素的响应也可能受DNA和组蛋白修饰等表观遗传手段的调节。水稻可塑性基因(RICE PLASTICITY 1, RPL1)即通过影响油菜素内酯(BR)受体OsBRI1的表观修饰状态,来调节植株对外源BR处理的响应。RPL1是一个根据生长环境调节表型可塑性的可塑性基因,并且可能通过影响植物激素的信号传导来调控表型可塑性。RPL1基因由本课题申请人分离鉴定并命名。该基因的突变体rpl1对环境很敏感,在不同生长环境中表现出较大的表型差异即具有较大的表型可塑性。
本人访学研修期间,在浙江省作物种质资源重点实验室开放项目的支持下,对突变体的表型进行了细致的研究。针对突变体rpl1对环境敏感的特性,对突变体进行梯度赤霉素、油菜素内酯、细胞分裂素的处理,结果发现经过这些激素处理的突变体与野生型的表型差异没有缩小。另外,在自然环境下,分不同时期不同地点用相同条件种植突变体和野生型,结果发现:播种较晚(8月)的突变体与野生型的农艺性状相对正季播种(5月)的植株均较差一些,但是播种较晚的突变体与野生型植株之间的差异比正季播种的差异小很多。以上结果表明,相对于外源激素处理,生长环境中的温度与光照条件的变化对于rpl1植株的表型影响更大。另外,对不同生境的突变体植株的基因组DNA进行甲基化模式分析发现,表型与野生型差距越大,其基因组DNA甲基化程度越高。综合以上结果,RPL1基因与环境的互作是通过调控基因组DNA甲基化水平进行的。
 
项目四:菰分子遗传资源开发及其水稻育种应用
郭龙彪研究员 中国水稻研究所
利用流式细胞仪测定(水稻作为内参)菰基因组大小约为600Mb,染色体基数为17条。利用高通量测序技术和各个长度插入测序文库的构建,最后获得604.1Mb的基因组拼接序列,共注释基因49133个。与水稻基因组比较发现,两者具有很好的共性性。由于菰近期发生了一次全基因组倍增,所以与水稻基因组比较,可以看到菰有2个基因组片段拷贝。同时序列分析比较可见菰有1146个特有基因(与水稻/高粱/短柄草比较),这些遗传资源为水稻育种利用提供了非常好的来源。
 
项目五:水稻耐盐基因OsCYP2互作蛋白的筛选和鉴定
刘宏波 浙江农林大学农业与食品科学学院作物学科
通讯地址:杭州临安市环城北路88号; 邮编:311300
农业用地的盐渍化日趋严重,盐胁迫已成为限制农作物生长、发育和产量最严重的非生物胁迫之一。在高盐环境条件下,作物生长发育受到明显的抑制,从而严重影响结实率。水稻耐盐生理生化方面的研究已有较多报道,但水稻耐盐功能基因的克隆和耐盐分子机理及相关信号转导途径还需进一步的深入研究。本项目前期工作受国家转基因重大专项重点项目子课题和中国博士后科学基金资助,通过差异蛋白质组学和反向遗传学方法,筛选并验证OsCYP2基因的耐盐生物学功能,相关研究结果已在BMC Plant Biology上发表。在此研究基础上,拟筛选和鉴定OsCYP2蛋白的互作蛋白,旨在分析OsCYP2基因调控水稻盐胁迫的相关信号转导途径。
本研究在浙江省作物种质资源重点实验室开放项目的支持下,我们构建了水稻品种“爱知旭”的cDNA文库,通过酵母双杂交技术从cDNA文库中筛选鉴定出一个与OsCYP2蛋白互作的靶蛋白;对其进行蛋白序列同源比对分析,确定为一个C2HC型锌指结构的蛋白(OsZFP);进一步将OsCYP2 OsZFP基因分别连接pGEX4T-1和pET28a载体,通过GST Pull-down验证上述两个蛋白互作结果。目前,我们已构建OsZFP基因的过表达载体、干扰载体和GFP融合亚细胞定位表达载体,以及该基因启动子与GUS融合的表达载体,正在进行水稻遗传转化,以期对该基因的生物学功能和表达模式进行研究,试图揭示这两个基因在水稻盐胁迫下的相关调控机制。