水稻高产株型和籽粒形成的遗传调控网络解析

Rice is an important food crop in China. The study of gene regulatory network involving agronomic traits of rice, such as plant architecture development and grain formation, will be significant for guiding crop breeding for high yield. This project intended to compare the transcriptome profiles of the super hybrid rice with its parents via high-throughput sequencing technology. First, differentially expressed genes (DGs) are identified after comparisons and metabolic pathways that DGs significantly enriched in are found by the GO and KEGG database analysis. DGs are then mapped to yield-related quantitative trait loci (QTL) in small intervals of the rice genome by using GRAMENE database. The key genes controlling agronomic traits are analyzed and the gene regulatory network in the hybrid combination will be elucidated. Combined with the distribution of DGs in metabolism pathway and QTL, the research further identifies key genes and regulation factors and analyzes their functions. The research surveys gene regulatory network for the rice agronomic traits at genome-wide level by a variety of ways, establishing a novel strategy for regulating these network. Meanwhile, it provides a theoretical guidance for high-yield breeding of rice and other crops.

水稻是我国重要的粮食作物，对株型发育和籽粒形成等主要农艺性状基因调控网络进行解析，对作物超高产育种有重要意义。本研究拟通过新一代高通量测序技术对超级杂交稻及其父母本进行比较转录组学分析。首先，通过比对找出差异表达基因（DG），经GO和KEGG数据库分析找出DG显著富集的代谢途径。通过比对GRAMENE数据库水稻QTL基因组坐标，将DG共定位相应的QTL小区间。针对株型发育和籽粒形成等重要农艺性状基因进行排查，并对相关的基因表达调控网络进行解析。结合DG的代谢途径分布和QTL的定位结果，进一步鉴定和挖掘相关关键基因和调控因子，并验证基因功能。本研究在基因组水平、通过多种途径对相关基因调控网络进行解析，为有目的调控这些网络奠定了基础，同时也为水稻和其他作物的超高产育种提供了理论指导。

水稻是我国重要的粮食作物，株型和籽粒形成对水稻产量有重要影响。本研究拟以超级杂交稻两优2186组合为材料，通过高通量测序技术和生物信息学方法对超级杂交稻进行比较转录组学分析，定位株型、籽粒形成相关的关键基因，探索其分子机制。.本研究从35,809个表达基因中筛选出1,811个杂交种与亲本间的差异表达基因（DGs）。对DGs的聚类分析结果显示，同一组织中DGs在杂交种的表达谱与父本相似，且呈高亲水平和低亲水平表达模式中的DGs所占的比例最高，高达74%以上。GO分析结果表明，DGs主要富集在光合作用、胚胎后发育和响应内源刺激等重要生物过程。进一步基因组共定位分析发现，有1,786个DGs定位于QTL上，其中有255个DGs定位于小区间QTL上，167个DGs定位于小区间株型籽粒相关的QTL上。同时，对255个小区间的DGs进行了调控网络的挖掘，构建出两个关键调控网络，网络中Osap2等基因参与了花序分支以及穗型等与株型、籽粒形成密切相关的生物过程。综合分析上述结果，筛选出3个与株型、籽粒相关的关键差异基因，克隆基因并利用CRISPR/Cas9技术和过表达技术进行了水稻遗传转化，获得转基因株系，深入研究其生物学功能。.上述发现从组学层面和分子生物学层面解析了超级杂交稻株型、籽粒形成的分子机理，全面完成了项目各项指标，为进一步培育超高产水稻品种提供理论依据。