玉米穗粒腐病表觀遺傳修飾及關鍵調控因子的鑑定

《玉米穗粒腐病表觀遺傳修飾及關鍵調控因子的鑑定》是袁廣勝為項目負責人，四川農業大學為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：玉米穗粒腐病表觀遺傳修飾及關鍵調控因子的鑑定
• 項目類別：面上項目
• 依託單位 ：四川農業大學
• 項目負責人：袁廣勝

項目摘要

玉米穗粒腐病是世界範圍里廣泛發生的一種真菌性病害，特別是在我國高溫高濕的西南地區該病害流行甚廣，造成了玉米產量的巨大損失和品質的嚴重下降，國內外學者從生理生化、抗性遺傳關係、QTL定位、抗病基因克隆、信號轉導、抗病分子機理等方面展開了廣泛而深入的研究。隨著生物科學的發展，植物表觀遺傳學的研究已成為當今新的焦點，本項目擬在前期研究的基礎上，以玉米抗（Bt-1）、感（掖478）穗粒腐病自交係為研究材料，利用高通量甲基化技術檢測自交系在病原脅迫下DNA甲基化的動態變化情況，獲得甲基化水平存在差異的基因片段；同時採用組蛋白檢測技術解析病原脅迫後組蛋白修飾特徵。通過關聯分析，確定引起玉米穗粒腐病的關鍵調控因子，採用TALEN靶向基因敲除技術對關鍵調控因子進行功能驗證，探明其中關鍵調控分子的功能、結構及相互作用網路，進而為玉米穗粒腐病抗病分子機制的研究奠定基礎。

結題摘要

針對玉米穗腐病研究中的優質抗病種質資源缺乏、優異抗病基因難以挖掘和關鍵調控因子難以獲得等瓶頸問題，通過本項目的實施，取得了一些重要結果。 ①以人工接菌方式進行田間和室內抗病性鑑定和篩選，從玉米IBM Syn10 DH群體中獲得穩定的極端抗（感）玉米穗腐病種質資源IBM81和IBM85。 ②利用RNA-seq測序，在抗、感材料苞葉組織中分別得到差異表達基因495、395個，共有的差異表達基因186個；而在抗、感材料花絲組織中分別發現差異表達基因84、30 個，其中共有基因6個。分析發現眾多基因參與水楊酸及茉莉酸介導信號通路、生物性刺激應答反應、新陳代謝及次生代謝物的生物合成等途徑，尤其是檢測到PR1家族在玉米穗腐病抗病過程中扮演重要角色。 ③利用全基因組DNA甲基化測序技術對抗、感材料脅迫前後苞葉組織DNA甲基化水平進行檢測，獲得了玉米穗腐病表觀調控的甲基化譜；在抗、感材料中分別鑑定出特異甲基化基因754、596個，其中共有特異甲基化基因 56個，並淺析了玉米穗腐病抗病分子機制。 ④綜合利用RNA-seq和甲基化數據，分別在抗、感材料中鑑定特異差異基因27、和10個，發現與玉米抗病密切相關特異差異基因13個，並進一步分析了特異表達差異基因在不同通路中的富集情況，從中挖掘出玉米穗腐病抗病調控關鍵因子基因片段4個。 ⑤以IBM81（抗）和IBM85（感）為親本進行玉米穗腐病抗病QTL初定位及精細定位，在第7染色體發現一個貢獻率為33.26%的主效QTL，通過圖位克隆方式挖掘出一抗病候選基因ZmLBP，並對該候選基因進行CRISPR/Cas9和過表達功能鑑定。 ⑥通過項目實施，獲得關鍵調控因子，並淺析了玉米穗粒腐病抗病分子機制，為下一步培育抗玉米穗腐病新品種奠定了理論基礎；已發表論文2篇，培養博士1名、碩士2名，在讀博士研究生1名、碩士研究生2名。