【摘 要】
:
大豆通过结瘤自调控(Autoregulation of nodulation,AON)信号系统地控制结瘤过程。已知GmNARK是AON途径中的核心组分,在叶片中长距离负向调控结瘤,但GmNARK调控结瘤及协调根瘤和根系发育的分子网络尚不清楚。本研究对GmNARK突变体nts1007及野生型Bragg接种根瘤菌4 d(即AON开启时)的根系进行了转录组分析,以探讨GmNARK调控根瘤及根系发育的分子
论文部分内容阅读
大豆通过结瘤自调控(Autoregulation of nodulation,AON)信号系统地控制结瘤过程。已知GmNARK是AON途径中的核心组分,在叶片中长距离负向调控结瘤,但GmNARK调控结瘤及协调根瘤和根系发育的分子网络尚不清楚。本研究对GmNARK突变体nts1007及野生型Bragg接种根瘤菌4 d(即AON开启时)的根系进行了转录组分析,以探讨GmNARK调控根瘤及根系发育的分子网络。转录组分析发现Bragg接种根瘤菌前后仅有14个基因差异表达,其中包括结瘤信号关键基因GmNIN1a和早期结瘤素基因GmENOD75以及其它12个功能未知的基因;而nts1007接种根瘤菌前后转录发生了巨大变化,有2638个基因差异表达。接种根瘤菌后,结瘤信号通路关键基因(如GmNIN1a)的转录丰度在nts1007中显著高于Bragg,表明GmNARK可能通过下调结瘤信号抑制结瘤。通过差异表达基因层级聚类分析,发现植物免疫相关基因(如GmRPM1s)在不接种根瘤菌的nts1007根中显著上调,参与BRs(Brassinosteriods)合成的关键基因GmBR6OX2s和促使BRs失活的基因GmBAS1a/b特异性在nts1007中受根瘤菌诱导表达,大量参与根系生长发育的转录因子编码基因特异的在nts1007中受到根瘤菌诱导表达,而大量编码各种离子转运蛋白编码基因表达在nts1007中显著下调。随后通过q-RT PCR对GmBR6OX2a/b/c和GmBAS1a/b的表达模式进行了验证,并通过毛状根转化发现过表达GmBR6OX2a/b/c和GmBAS1a/b均抑制结瘤。此外,根系表型分析发现,野生型接菌后在结瘤的同时保持根系正常发育,而nts1007在接菌后呈超级结瘤表型,但其主根和侧根生长明显受阻。这些结果说明GmNARK不仅在维持BR稳态中发挥作用,还通过抑制根发育基因表达维持根瘤和根系发育平衡。本研究发现GmNARK在结瘤过程中维持根系转录稳态中发挥重要作用。它通过一个分子调控网络,不仅通过抑制结瘤信号通路、提高植物免疫防御能力、维持BRs稳态等过程避免过度结瘤,还通过抑制根发育相关基因参与结瘤促进根系发育。研究结果为解析GmNARK抑制大豆结瘤和根系发育的分子调控网络提供了新思路,为高效固氮大豆新品种培育以及超结瘤作物在农业及生态中的应用提供理论支持。
其他文献
油菜是食用植物油和饲用蛋白质的重要来源,也是我国种植最广泛的油料作物之一。随着商业化育种理念的推进及分子育种技术的逐步应用,油菜的加代速度已经成为单位时间内决定遗传获得的重要因素之一。“快速育种(Speed breeding,SB)”这一概念正是在这一背景下提出,它是指通过人工精确调控影响植物开花的各种因子,最终使植物快速开花、快速成熟的一种生长体系。光照是植物光合作用的能量来源,也是开花调控网络
生命体遗传信息传递主要遵循中心法则。目前对生物体相关功能机制的系统解析多集中于基因组、转录组和蛋白质组水平。翻译组作为一种新兴的重要的遗传信息组学状态,其在动物中已得到广泛认识。然而,玉米作为重要的粮饲兼用作物,其全生育期的翻译组还未得到系统地注释。本研究对玉米B73自交系全生育期的21个组织进行了RNA-seq和Ribo-seq,从而对玉米全生育期的转录组和翻译组进行系统分析。我们构建了玉米翻译
棉花是世界上重要的经济作物,表现出较显著的杂种优势。但是目前为止我国对杂种优势的利用和研究相对落后。细胞核雄性不育是植物杂种优势利用的重要途经之一。棉花细胞核雄性不育系是指由棉花核基因控制的不育系,因其具有比较广泛恢复系、且易于筛选优势较高的杂交组合而被育种家广泛使用,尽管对棉花细胞核雄性不育的研究取得了长足的发展,但是其分子机制研究还尚显不足。CRISPR/Cas9系统是近几年兴起的基因组编辑技
类胡萝卜素是地球上最丰富的天然色素之一,会赋予植物茎、叶、花和果实等器官橙色、黄色和红色等丰富的颜色。我们前期的研究结果表明甘蓝型油菜黄色花瓣中的类胡萝卜素以紫黄质为主。甘蓝型油菜类胡萝卜素双加氧酶4(Bna C3.CCD4)基因的编码区插入了1个CACTA型转座子,该基因的功能丧失导致其无法裂解类胡萝卜素,而具有正常功能的Bna C3.CCD4基因则会裂解花瓣中的类胡萝卜素而使花色由黄色变为白色
玉米是全球重要粮食作物,在过去近六十年时间里,玉米单位面积产量呈现线性增长趋势,株型良好的玉米能够增加其抗倒伏能力和生产力,与种植密度共同作用影响单位面积产量,因此破译玉米株高遗传变异基础有助于建立稳健的理想株型育种计划。玉米株高性状为数量性状,虽然相关研究已较为成熟,但传统鉴定玉米株高QTL的方法费时费力且精细定位难度大,因此利用省时省力的方法快速精细定位玉米株高功能基因来深入剖析玉米株高变异遗
氮素在植物生长、维持生态圈稳定,提高粮食产量等方面中具有极其重要的作用,但是我国农田的氮肥施用连年增加,也造成了环境的污染等问题。豆科植物具有特异的共生固氮能力,通过对豆科植物共生固氮的研究和应用将有可能减少氮肥施用和缓解环境污染问题。一个世纪以来,科学家对于豆科植物结瘤固氮调节的分子网络孜孜以求,但是大多数的研究都停留在模式植物中。大豆作为最重要的豆科作物,对其中的固氮机理进行深入研究,将会对现
油菜是我国重要的油料作物。根肿病是油菜的重要病害。应用抗根肿病油菜新品种是经济有效的防控手段。作为油菜的近缘物种欧洲芜菁ECD04(Brassica rapa)对我国多个病区的生理小种均有明显抗性,且该抗源含多个抗病位点。实验室前期将ECD04作为供体亲本与常规感病品种华双5号作为受体亲本,通过回交转育选育出我国首批抗根肿病品种华双5R(HS5R)。HS5R含有CRA08.1a和CRA08.1b两
单倍体育种技术通过诱导产生单倍体个体和随后染色体组加倍,能快速地实现杂交种的基因组纯合,已成为现代关键育种技术之一。在玉米中,通常利用一类特殊的单倍体诱导系(Stock 6)来产生单倍体子代,其关键基因(MTL/NLD/ZmPLA1)已经被三个不同的实验室克隆,然而对于该过程的分子机制,仍知之甚少。本研究以本实验室和中国农大联合克隆的玉米单倍体诱导关键基因ZmPLA1为基础,以该基因CRISPR纯
甘蓝型油菜(AnAnCnCn,2n=38)是非常年轻的异源多倍体物种。由于其基因组包含两套同源性较高的亚基因组,因此常发生部分同源交换等染色体结构变异。而通过种间杂交向甘蓝型油菜中导入近缘物种的亚基因组成分,更能增进其染色体结构变异的发生频率。因此,仅以常规的甘蓝型油菜基因组为参考,开展全基因组测序和双亲本遗传作图,往往难以检测到这些丰富的外源导入成分以及结构变异,从而也会在数量性状位点定位中丢失
再生稻是指头季收获后,利用稻桩上存活的再生芽,给予适宜的条件,使之解除休眠萌发成再生蘖,进而成穗结实,再收获一季水稻的种植模式。再生稻具有生育期短、节省成本、省节约劳动力等优点,其种植面积近年来不断增加。因此,再生稻对保障国家粮食安全有重要意义。然而,再生稻的生产也受到了再生季产量整体水平较低、头季稻米品质不好的限制。目前关于植物内源激素如何调控再生芽解除休眠进而影响再生季产量并不清楚;对于水分管