《研究人员发现调控水稻耐寒性的关键密码子重复序列》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2024-08-15
  •     农作物应对全球气候变化引起的异常温度需要具备优异耐受模块,品种设计需依赖细胞寒害感知防御“信号网络”和“修复机制”的原理。在前期的研究中,种康院士团队已在水稻寒害感知与防御“信号网络”中已经发现了包括感受器、激酶、叶绿体维生素E-K1代谢途径、转录因子和海藻糖代谢在内的一系列元件及其之间的网络关系。然而,对于寒害专一的DNA修复系统是如何建立的则知之甚少。科研人员在最新的研究中发现,具有特异性的人工驯化选择的自然变异耐寒基因模块能够修复寒害引起的DNA损伤。基于数据空间降维理念,通过数学算法将多维尺度的数据合降维的全基因组关联分析,即数据整合GWAS(DM-GWAS),在水稻中系统鉴定到耐寒QTL遗传位点与主效基因COLD11,其突变引起耐寒性的显著降低,编码区存在GCG密码子重复,且与DNA修复活性和耐寒性具有正相关性,受到强的驯化选择。这是首次报道驯化选择的寒害DNA修复优异等位模块新机制。该模块具有重要的应用潜力,为耐寒分子设计育种中对关键位点进行精细调控开辟了新的途径。

  • 原文来源:http://www.ebiotrade.com/newsf/2023-1/20230107072534499.htm
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    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-01-24
    •     在水稻生长发育过程中,苗期和孕穗期是两个对低温胁迫非常敏感的阶段,但鲜有关于同时调控两个时期的分子模块的报道。解析水稻低温信号调控网络、挖掘关键调控基因以及开展分子设计育种,是解决水稻耐低温胁迫的有效措施之一。中国科学院院士、植物研究所研究员种康团队发现能够同时控制两个时期的耐寒分子模块,驯化选择的COG3调控光系统II蛋白D1的周转影响水稻耐寒性,具有育种分子设计的应用潜力。     种康团队致力于水稻耐低温研究,发现了一系列的关键调控网络和分子,包括低温感受器COLD1及其下游叶绿体中调控亚网络、磷酸化修饰和转录因子途径、蛋白构象改变以及DNA损伤修复等。该团队与扬州大学教授梁国华克隆到粳稻中耐冷QTL主效基因(Chilling tolerance in Geng)COG1和COG2。COG1和COG2分别通过膜定位的受体蛋白复合体和细胞壁结构调控耐寒性。尽管目前克隆了一些在水稻不同发育时期发挥作用的耐寒基因,但只有少数基因被证明在水稻苗期和孕穗期同时具有调控作用。     近期,科研人员克隆并验证了粳稻中COG3基因对水稻苗期和孕穗期的调控作用。研究基于表型鉴定和序列分析发现,COG3的启动子序列在耐冷粳稻日本晴和冷敏感籼稻93-11之间存在多个位点变异,部分变异导致COG3表达模式改变,且这些变异位点在粳稻驯化过程中经历了明显的选择。低温诱导的COG3与叶绿体中的蛋白水解酶OsFtsH2互作,有效清除受低温损伤的D1蛋白,平衡D1蛋白的周转,进而维持光合效率而调控水稻的耐寒性。研究表明,驯化选择的高表达蛋白COG3在低温时对叶绿体光系统II关键组分(OsFtsH2
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    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2019-12-02
    • 上海交通大学农业与生物学院教授薛红卫课题组与中国科学院分子植物科学卓越创新中心合作研究鉴定了一个重要的微管调控蛋白OsIQD14,其通过影响微管动态变化进而调控颖壳细胞形态及种子形态。相关研究成果近日在线发表于《植物生物技术杂志》。 粒形在水稻产量和种子品质调控中具有重要作用。作为细胞骨架的重要构成成分,微管在细胞形态调控方面具有重要作用。利用拟南芥的研究证明微管结合蛋白(MAP)参与了细胞形态的调控,但是否可以通过调控颖壳细胞的微管排列方式进而调控作物种子形态,目前尚无相关报道。 研究人员发现,微管结合蛋白OsIQD14在颖壳细胞高表达,并被生长素诱导。其缺失突变体iqd14-C的种子变短变宽(千粒重明显增加),而过量表达材料的种子表现为细而长。OsIQD14定位于周质微管,通过影响微管延伸和收缩调控微管排列方式,进而导致细胞形态改变。钙调蛋白Calmodulin以钙依赖的方式结合OsIQD14进而调控OsIQD14的蛋白活性,提示钙信号在微管排列方式变化中起重要作用。 这项研究不仅鉴定了一个调控水稻颖壳细胞形态进而影响水稻粒形的重要基因,也表明调控微管动态变化及排列可以作为水稻粒形调控的重要靶点,为作物育种提供了新的策略。 水稻IQD家族的同源蛋白GW5及GW5L也表现出与OsIQD14类似的表型,但是细胞膜定位的GW5通过调控油菜素甾醇(BR)信号进而调控种子宽度及重量,表明IQD家族蛋白成员通过不同的亚细胞定位及作用机制参与了水稻粒形的调控。 来源:农产品期货网