《水稻二倍體和四倍體雜交的胚乳發育和印記基因分析》是張紅宇為項目負責人，四川農業大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水稻二倍體和四倍體雜交的胚乳發育和印記基因分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張紅宇
- 依託單位：四川農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基因印記是指子代僅表達親本之一基因拷貝的現象。植物中，印記主要發生在三倍體胚乳中。擬南芥中，印記通過控制胚乳細胞化的時機來調節胚乳發育進程。水稻是重要的糧食作物，胚乳亦是人類食用的主要部分，探索印記基因對胚乳發育的作用顯得尤為重要。本研究根據水稻二倍體（2n）和四倍體（4n）正、反交後種子發育存在明顯差異且敗育這一現象，以前期研究確定的100多個新的印記基因為基礎，通過胚乳發育觀察、印記基因表達測序、添加DNA甲基化抑制劑等方法，重點研究印記基因在父母本基因組劑量失衡下的表達量變化和印記方式變化，以及降低甲基化水平能否改善胚乳敗育。本結果將有助於確定種子敗育的原因及方式，印記基因表達與胚乳敗育之間的關係，從而為減少異交敗育或促進胚乳發育提供參考；也可進一步驗證親本衝突學說在水稻中的適用性，為揭示水稻等禾穀類作物印記調控模式奠定重要基礎。
結題摘要
在不同倍性水平的水稻之間的生殖隔離表現為胚乳和胚胎在通過倍性交叉產生的種子敗育。 基因組印記被認為是建立後合子雜交屏障的基礎機制。我們研究發現二倍體粳稻和四倍體秈稻之間的正反交後可導致種子發育終止。 來自這些雜交的三倍體種子已經中止發育，並且不能在土壤中發芽，但是可以在培養基中被拯救而成苗。與先前的發現一致，2n×4n雜交，產生的後代具有過量的父本基因組，從而產生更大的胚胎；而4n×2n（♀-♂）的後代則具有過量母體基因組，容易發生早期胚乳細胞化。觀察父本劑量過剩的雜交種子中，沒有發生細胞化，球形胚發育終止，說明在胚乳發育中，胚乳細胞化是非常重要的。此外，我們在父本劑量過剩的雜交後代的果皮實質細胞中，發現澱粉顆粒持續沉積，而在母體劑量過剩的雜交後代的胚乳發育中，果皮澱粉逐漸減少並重新定位於平衡。細胞化和澱粉沉積發生在胚乳，表明父母基因組平衡影響通過細胞化和澱粉沉積的果皮澱粉重定位。我們還觀察印記基因和表觀遺傳調節因子OsFIE2和OsMET1b的表達的改變，說明印記丟失，這意味著印記和表觀遺傳機制在調節不同親代基因組劑量對胚乳發育的作用中有潛在作用。 我們的結果支持母體基因組劑量促進胚乳細胞化和父系基因組劑量通過貢獻不同組的印記基因延遲或抑制細胞化的假說。
