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双绿源助力| SDR3.1负向调控水稻种子休眠

发布时间:2024-03-14      阅读次数:24      来源:双绿源研究院

导语


2024-03-14 双绿源助力SDR3.1负向调控水稻种子休眠.png

Nature子刊《Nature Communications》发表了中国水稻研究所胡培松院士与圣忠华研究员科研团队的题为“A mediator of OsbZIP46 deactivation and degradation negatively regulates seed dormancy in rice”的研究论文。该研究利用QTL作图,结合分子遗传分析,从强休眠的AUS稻孟加拉小粒中克隆到调控水稻种子休眠的关键基因SDR3.1,SDR3.1编码OsbZIP46失活和降解的介导因子,抑制ABI的转录活性来负向调节种子休眠。进一步将它导入优质恢复系中恢261中,创制了穗发芽显著改善的中恢261新种质。该研究为解决中国南方水稻种植区的穗发芽问题提供了重要参考。

中国水稻研究所与沈阳农业大学联合培养博士研究生郭乃辉和中国水稻研究所硕士研究生唐胜加为论文共同第一作者,胡培松院士与圣忠华研究员为该论文通讯作者。双绿源的产品水稻40K基因芯片助力快速筛选中恢261新种质。


 研究背景



水稻的穗发芽(PHS)现象通常发生在长江中下游地区的高温高湿环境中。PHS会对作物产量以及作物品质造成较大影响,延长种子休眠可以防止PHS,从而减少损失提高产量。




 SDR3.1是调控种子休眠的主要QTL




该研究以收获后发芽率较高(83.00%)的粳稻品种中花11为受体亲本,收获后发芽率较低(4.11%)的AUS稻品种孟加拉小粒为供体亲本,构建作图群体,在第三染色体发现了控制种子休眠的QTL qSDR3.1。通过筛选重组单株进一步将qSDR3.1的位置缩小到26.9 kb。随后,根据基因注释以及互补转化实验确认LOC_Os03g11550是SDR3.1基因。


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 SDR3.1基因的分子功能



为了明确SDR3.1的功能,通过CRISPR/Cas9敲除、酵母单杂交、酵母双杂交检测、瞬时转染分析、亚细胞定位、双分子荧光互补等试验发现SDR3.1是OsbZIP46失活和降解的中介因子。它负向调控ABA信号,通过与ABI5互作,同时抑制ABI5和ABI3的转录激活活性,从而降低了下游的ABA信号响应基因EM1和LEA3等的表达,最终导致种子休眠降低。

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 SDR3.1的单倍型分析



研究利用SDR3.1编码序列中的五个SNP在水稻3K数据库中检测到了五种主要单倍型。籼稻中单倍型主要是Hap1和Hap2,粳稻中主要是Hap3和Hap4,AUS稻主要是Hap5。分析不同单倍型在地理上的分布,发现栽培品种间SDR3.1的遗传多样性相对较低。Hap3和Hap4的平均发芽率最高,其次是Hap1和Hap2,Hap5的平均发芽率最低

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 中恢261的种子休眠改良



为了验证SDR3.1对水稻种子休眠的影响,通过与孟加拉小粒杂交将SDR3.1导入到中恢261,在BC1F1世代利用水稻40K基因芯片筛选出遗传背景回复率最高的杂交株,自交后在SDR3.1基因区段纯合的后代中利用水稻40K基因芯片筛选出遗传背景回复率最高的单株BC1F2-39。BC1F2-39与中恢261的遗传相似度为88.78%。BC1F2-39的穗发芽率显著低于中恢261,而千粒重、粒长、粒长和粒宽等产量相关性状与中恢261无明显差异。


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参考文献




1.Guo N, Tang S, Wang Y, et al. A mediator of OsbZIP46 deactivation and degradation negatively regulates seed dormancy in rice[J]. Nature Communications, 2024, 15(1): 1134.


原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-45402-z#article-info