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郭三堆 & 张锐研究组在棉花逆境响应调控和耐逆遗传改良研究中取得系列新进展
【发布时间:2017年9月11日】【关注度:222】

    棉花是我国重要的经济作物,也是公认的盐碱地先锋作物。然而,持续干旱和高浓度盐碱仍对棉花生长发育产生严重毒害,导致种子萌发率下降、光合能力降低、新陈代谢减缓、叶片早衰及落铃率上升,严重制约棉花的产量形成和品质提高。近年来,随着耕地面积的减少,长江和黄河流域传统棉区面积严重萎缩,棉花种植向新疆地区集中和东部滨海盐碱地延伸。此外,在我国华北、西北、东北和东部滨海地带约有近2亿公顷盐碱荒地资源未被开发利用。因此,培育耐高盐耐旱棉花新品种,有望将这些盐碱荒地发展成我国的“第二棉仓”。

    在国家转基因重大专项的持续资助下,郭三堆 & 张锐研究团队对棉花中ABA介导的逆境响应分子调控机制进行了系统研究。通过全基因组分析和高通量表达分析,从陆地棉44个ABA受体蛋白中鉴定到逆境响应的关键成员GhPYL9-11A (Liang et al., Front Plant Sci, 2017)。研究表明,GhPYL9-11A在耐旱品种中表达量显著高于敏感品种,过量表达GhPYL9-11A可显著提高植物耐逆性;此外,该研究组克隆并报道了ABA介导棉花耐逆响应的节点基因GhABF2 (Liang et al., Sci Rep, 2016),在新疆石河子干旱区及山东东营滨海盐碱地,过表达GhABF2的转基因棉花均表现出耐逆能力明显增强和产量显著提高,表明GhABF2对棉花耐逆育种具有很大的应用潜力。

    为进一步探究棉花逆境响应机制并在此基础上开展棉花耐逆育种,郭三堆 & 张锐研究团队建立了综合性、可视化、操作简便的棉花基因组分析平台—CottonFGD (Zhu et al., BMC Plant Bio, 2017)。利用该平台在全基因组水平对棉花耐逆相关转录因子家族基因进行了深入分析(Ali Abid et al., J Plant Growth Reg, 2017),为后续的棉花耐逆育种提供了新的研究思路和基因资源。经过多年的探索和改良,利用CRSPR/Cas9技术,该团队成功实现了在四倍体陆地棉中同步高效编辑A-和D-亚基因组高度同源的棉花精氨酸基因(GhARG) (Wang et al., Sci China Life Sci, 2017),为更有针对性地实现棉花基因精准编辑提供了技术支持;此外,该团队还探索了利用植物关键化学物质对植物根系系统进行定向遗传改良(Liang et al., Front Plant Sci, 2017),发展了利用极端逆境微生物的耐逆基因提高棉花耐旱耐盐性(Zhao et al., Scientia Agr Sin, 2017),为棉花耐逆育种提供了新的思路和方向。上述系列研究结果不仅加深了人们对棉花逆境调控机制的认识,而且为棉花抗逆功能基因的解析和分子设计育种提供了新的途径和思路,对促进我国棉花耐逆遗传改良和耐逆育种,以及加快我国盐碱地植棉进程具有重要意义。

    上述研究受到国家转基因重大专项、国家自然基金和中国农业科学院创新工程的资助。

 

 
 
   
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