Sc复合体介导的基因等位抑制导致水稻杂种雄性不育的分子机制

基本信息
批准号:31771739
项目类别:面上项目
资助金额:59.00
负责人:沈荣鑫
学科分类:
依托单位:华南农业大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘耀光,陈亮,赵秀彩,刘旭鹏,马坤,赵延昌
关键词:
等位抑制水稻雄性不育Sc杂种不育
结项摘要

Hybrids between the japonica and indica subspecies of Asian cultivated rice (Oryza sativa L.) have strong heterosis, but hybrid sterility hinders the utilization of such heterosis. We have cloned a major locus Sc for japonica-indica hybrid male sterility, and found that the indica allele had structural and copy number variations. In hybrids, the two or three tandem copies of two closely located genes Sc-i and Sc-iP in the indica allele act together to suppress the expression of the japonica allele gene Sc-j that is required for pollen development, thus causing abortion of Sc-j pollen. However, how Sc-i and Sc-iP interact to cause the allelic suppression of Sc-j remains unclear. In this project, we plan to elucidate the molecular mechanism of Sc-mediated hybrid incompatibility. Firstly, we transform Sc-i and Sc-iP separately and together to verify the hybrid sterile function of Sc-i and Sc-iP. Secondly, we further confirm the allelic suppression on the hybrid incompatibility through investigating the expression of Sc-j in the hybrids and transgenic plants with Sc-i and/or Sc-iP. Third, we will investigate relationship between Sc-j expression/silence and the epigenetic variations at the Sc-j promoter region in the hybrids and transgenic plants. Fourth, we study the interaction of Sc-i and Sc-iP proteins and the interaction of this complex with the Sc-j promoter. This project will elucidate how genomic variation plays a role on regulation of allelic suppression, and provide a potential approach via genome editing to break the reproductive barrier between plant subspecies/species, enabling use of hybrid vigor in crop hybrid breeding.

籼粳稻亚种间杂种具有强大的杂种优势,但其杂种不育性限制了杂种优势的利用。我们克隆了一个控制籼粳杂种雄性不育的座位Sc,发现籼稻Sc座位存在结构和拷贝数变异。2-3个串联重复的相邻基因Sc-i与Sc-iP共同作用抑制杂种中粳型基因Sc-j(花粉发育必需)的表达而导致Sc-j花粉不育。但籼粳Sc等位基因如何互作抑制Sc-j表达的分子机制仍不清楚。本项目拟在以上基础上开展以下工作:(1)以Sc-i和Sc-iP分别和共同转化粳稻,验证其杂种不育功能;(2)分析杂种和各转化体的Sc-j表达变化,确证Sc-j沉默与杂种不育的关系;(3)调查杂种和转化体的Sc-j表达与其启动子区的表观遗传修饰的关系;(4)检测Sc-i与Sc-iP蛋白互作及该复合体与Sc-j启动子区互作,阐明Sc-j等位抑制的机制。本研究将揭示基因组结构变异对等位基因表达调控的新机制,提供打破杂种生殖障碍的技术,促进作物杂种优势的利用。

项目摘要

籼粳稻亚种间杂种具有强大的杂种优势,但其杂种不育性限制了杂种优势的利用。我们前期克隆了一个控制籼粳杂种雄性不育的座位Sc,发现籼稻Sc座位存在结构和拷贝数变异(约28-kb 重复拷贝)。籼粳杂种F1中Sc等位基因的遗传互作会导致花粉发育必需基因Sc-j表达水平的大大下降,造成携带Sc-j等位基因的花粉选择性败。但籼粳Sc等位基因如何互作抑制Sc-j表达的分子机制仍不清楚。本项目旨在阐明Sc座位杂种不育的分子机制。在本项目的资助下,取得了以下几个主要进展:(1)发现每个28-kb 重复片段均包括一个Sc-i基因拷贝和三个籼稻特异的基因Sc-iP1、Sc-iP2和Sc-iP3,这四个基因表达模式相似,均定位与细胞核;(2)Sc-iP1与Sc-iP2、Sc-iP2与Sc-iP3、Sc-iP3与Sc-i、Sc-i与Sc-iP1之间发生互作,而Sc-iP1与Sc-iP3、Sc-iP2与Sc-i间不发生互作,表明这四个基因可以形成四基因复合体(Sc-iQ);(3)在F1的背景下利用CRISPR/Cas9基因编辑技术分别敲除Sc-iP1、Sc-iP2和Sc-iP3,表明Sc-iP1、Sc-iP2和Sc-iP3是参与杂种不育的必须基因;(4)四基因串联重复片段转化T65引起杂种不育(5)Sc-i能与组蛋白去乙酰化酶OsHDAC1相互作用,且Sc蛋白复合体Sc-iQ可能与Sc-j基因的启动子和内含子互作。基于以上结果,本项目推测在杂种中Sci蛋白复合体可能通过与OsHDAC1互作,影响了Scj基因启动子或/与组蛋白的乙酰化修饰,进而等位抑制Scj基因的表达,最终导致杂种不育。本项目为阐明水稻杂种不育机理提供理论指导,为克服杂种不育提供有效策略和技术。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

不同类型水稻土微生物群落结构特征及其影响因素

不同类型水稻土微生物群落结构特征及其影响因素

DOI:10.11766/trxb201908050402
发表时间:2021
2

受光诱导的水稻突变体 spl41 的抗病鉴定及生理指标测定

受光诱导的水稻突变体 spl41 的抗病鉴定及生理指标测定

DOI:10.13271/j.mpb.021.000224
发表时间:2023
3

信息传递对农户施药行为及水稻产量的影响 ———江西省水稻种植户的实证分析

信息传递对农户施药行为及水稻产量的影响 ———江西省水稻种植户的实证分析

DOI:
发表时间:2017
4

黄瓜雄性不育突变体C0128的鉴定与不育基因的初步定位

黄瓜雄性不育突变体C0128的鉴定与不育基因的初步定位

DOI:10.7606/j.issn.1000-4025.2022.06.0901
发表时间:2022
5

A Fast Algorithm for Computing Dominance Classes

A Fast Algorithm for Computing Dominance Classes

DOI:
发表时间:2016

沈荣鑫的其他基金

批准号:11501404
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401449
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

水稻(Oryza sativa L.)杂种花粉不育基因Sc的分子机理

批准号:30800597
批准年份:2008
负责人:王兰
学科分类:C0602
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

水稻杂种花粉不育基因Sc的功能分析与分子机理

批准号:31401449
批准年份:2014
负责人:沈荣鑫
学科分类:C1307
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

籼粳杂种花粉不育基因Sa、Sb和Sc互作导致同源四倍体水稻杂种F1花粉败育效应差异性的分子机理

批准号:31270352
批准年份:2012
负责人:刘向东
学科分类:C0207
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
4

水稻籼粳杂种不育Sa复合体的分子机理研究

批准号:31471564
批准年份:2014
负责人:陈乐天
学科分类:C1307
资助金额:95.00
项目类别:面上项目