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[成果] 1700520385 北京
S51 应用技术 谷物及其他作物的种植 公布年份:2018
成果简介:为了突破水稻产量瓶颈,育种家提出了理想株型的概念,希望培育出分蘖数适宜、茎秆强壮、穗大粒多的高产理想株型品种,同时具有优良的食用品质,实现新绿色革命。该项目围绕“水稻理想株型与品质形成的分子机理”这一核心科学问题,鉴定、创制和利用水稻资源,创建了直接利用自然品种材料进行复杂性状遗传解析的新方法;揭示了水稻理想株型形成的分子基础,发现了理想株型形成的关键基因,其应用可使带有半矮秆基因的现有高产品种的产量进一步提高;阐明了稻米食用品质精细调控网络,用于指导优质稻米品种培育。该项目强调基础理论研究与生产实际应用的结合,将取得的基础研究成果应用于水稻高产优质分子育种,率先提出并建立了高效精准的设计育种体系,示范了高产优质为基础的设计育种,培育了一系列高产优质新品种,为解决水稻产量与品质互相制约的难题提供了有效策略。研究成果在《Nature》等国际权威学术刊物上发表,多次入选“中国科学十大进展”和“两院院士评选中国十大科技进展新闻”,引领了水稻遗传学的发展,具有重要的国际影响。
[成果] 1800120045 江苏
S56 应用技术 谷物及其他作物的种植 公布年份:2017
成果简介:油料作物育种的关键是改进油脂产量和品质以及保障产量和品质遗传潜力得以实现的抗病、抗耐性状。掌握优异亲本,特别是拥有大量有利的受体亲本是关键。优异亲本(包括优异供体亲本和受体亲本)的合理利用是育种成败的关键。该项目以解决中国油料作物育种中提高单产的突出问题为目标,以油料作物优异受体亲本或骨干亲本为重要研究对象,以研究油脂产量(籽粒产量和油脂含量)和品质(油脂脂肪酸组成和蛋白质含量)等相关性状的遗传构成为重点,开展优异受体亲本的遗传剖析和育种利用的研究。项目主要阶段性成果:对现有的耐旱、优质等特异种质或优异供体亲本进行遗传剖析,揭示其遗传规律,标记、定位甚至克隆重要的目的基因。在该基础上,建立起优良基因资源高效组配的设计育种理念与技术体系,改良现有的优异亲本和创制未来优异亲本。在该领域国际核心刊物上发表SCI论文169篇,在Science和Nature系列刊物上发表论文4篇。获授权发明专利44件;获奖成果10项。选育出优质高产多抗新品种22个,申请品种权保护15项。所获得的主要阶段性成果及创新点如下:(1)从基因组水平解析了油脂合成调控的分子机理。积极参与国际竞争和国际合作,牵头或参与完成了五大油料作物基因组测序。发表甘蓝型油菜和亲本种白菜、甘蓝,棉花,芝麻等油料作物基因组测序和分析。首次以油菜、大豆、芝麻等油料作物全基因组测序为基础,在全基因组水平将关联分析和QTL定位有机结合,揭示优异亲本有利基因群形成的分子机制。(2)从表现型、QTL和基因水平上大规模、系统地剖析中国油料作物优异亲本形成的遗传基础,初步阐明了优异亲本有利基因群的形成机制。通过分子标记手段,研究揭示了大豆、油菜等油料作物优异亲本重要等位基因演化规律。以大豆为例,从野生大豆到地方品种到育成品种,油脂、油酸平均含量逐步升高,同时等位变异的总数在逐步减少,其中,增效等位变异所占比例逐渐增加。通过检测优异等位变异,并通过基因组辅助选择育种保持和聚合将是未来农作物分子育种的一个重要研究内容。(3)提出提高含油量育种的新途径。遗传研究发现母体基因型对油菜种子含油量效极大(达86%)。油菜含油量母体调控机理研究,不仅可以从源头寻找出提高含油量的新途径和新基因,在油脂合成调控基础研究方向取得新突破,弥补现阶段含油量研究多集中于胚珠的缺陷,还可以为其它作物母体调控研究提供借鉴,提供一个新的研究平台。(4)开发出复杂性状遗传解析、基于优异亲本分子育种的系列统计分析方法和相应的软件。在统计分析方法和软件开发方面也取得了突破性的进展,提出了基于“X组学”定位QTX。该项目研制出基于“X组学”定位QTX的新方法及其软件QTXNetwork,能同时开展定位基因组QTS、转录组QTT、蛋白组QTP和代谢组QTM,而且拓展到可对转录组、蛋白组和代谢组分子信息与性状表现型进行关联分析,分析方法和GPU平行软件优化技术均属国际创新。
[成果] 1700440411 浙江
S51 应用技术 谷物及其他作物的种植 公布年份:2017
成果简介:项目组通过对水稻光身特性进行遗传分析,首次克隆了控制水稻表皮毛生长的相关基因GLR1,从分子水平上揭示了GLR1调控水稻表皮毛的发育机理,研究结论对育种家通过利用分子标记辅助选择以及杂交改良等技术手段选育优良光身水稻新品种具有指导意义,为光身稻的育种及推广应用提供了理论基础。针对长江中下游地区水稻生产实际和消费特点,在光身稻理论研究的指导下,通过自创的一年多代选育方法,育成了光身型、低直链淀粉含量、软香米品种嘉58、不育系嘉64A、嘉优中科系列杂交稻的恢复系等标志性、突破性材料。其中嘉58于2013年通过浙江省品种审定(审定编号:浙审稻2013011),2016年获植物新品种权保护(品种权号:CNA20120135.0)。嘉优中科1号、2号、3号2016年分别通过上海市、浙江省和江西省品种审定,2014-2016年连续三年列为浙江省农业厅主推品种,2016年被评为"浙江十大好品种",截止2016年,嘉58在浙江省累计推广317.05万亩,增产稻谷1.34亿公斤,增加经济效益4.01亿元。建立以嘉58为原料的品牌大米11个,其中德清清溪鳖业公司生产的"清溪香米"2013-2015连续三年获浙江省农博会金奖,嘉兴市都市田野生态农业有限公司的"稻瓜坊"品牌大米、湖州旧馆和桥粮油厂的"羽林"品牌大米双双获得2016浙江好稻米十大金奖产品,浙江三羊现代农业科技有限公司的优质嘉58大米荣获2016年度"上海大"杯全国稻田综合种养优质大米评比最佳品质与口感奖金奖,金山都牌"武夷香米"获得2011年第十届中国优质稻米博览交易会优质产品称号。同时嘉58抗性较好,可减少农药施用量,减轻农业污染,具有良好地生态效益。鉴于各地热烈并富有成效的产业化开发,有力推动了周边省市晚粳稻区的示范推广进程,自浙江省品种审定以后,已在上海市通过了引种区试,(引种公告号:沪引种2016第5号)。毗邻的江苏、安徽及属于同一生态类型的湖北晚粳稻区,正在积极开展引种试验,已联合安徽隆平高科、苏州市种子站、江苏中江种业公司,各地引种试验已顺利完成,正在申办有关引种备案。发表SCI论文1篇,中文核心期刊3篇。
[成果] 1700050694 浙江
S51 应用技术 谷物及其他作物的种植 公布年份:2016
成果简介:项目组通过对水稻光身特性进行遗传分析,首次克隆了控制水稻表皮毛生长的相关基因GLR1,从分子水平上揭示了GLR1调控水稻表皮毛的发育机理,研究结论对育种家通过利用分子标记辅助选择以及杂交改良等技术手段选育优良光身水稻新品种具有指导意义,为光身稻的育种及推广应用提供了理论基础。针对长江中下游地区水稻生产实际和消费特点,在光身稻理论研究的指导下,通过自创的一年多代选育方法,育成了光身型、低直链淀粉含量、软香米品种嘉58,2013年通过浙江省审定,审定编号:浙审稻2013011,2015年获植物新品种权保护;同时,选育出光身晚粳不育系嘉64A及一批具理想株型的广亲和恢复系,正在中国南方稻区进行示范、区域试验或实施产业化品牌开发。其中,嘉58于2014-2015连续两年列为浙江省农业厅主推品种,从2013年开始连续3年建立高产攻关田和百亩示范方,开展高产栽培技术研究,搞好培训,落实各项措施,并总结出一套相适宜的高产栽培技术,良种良法相配套,出色完成省农业厅0406示范计划及浙江省“省级水稻品种主推”计划,百亩方经农业主管部门组织测产验收,最高百亩方亩产737.7公斤。2013-2015年,浙江省累计推广185.97万亩,按浙江省两年区试平均每亩增产42.2公斤计算,增产稻谷7847.9万公斤,增加经济效益2.35亿元。德清清溪鳖业、嘉兴农投等公司开展鳖稻共养、鸭稻共生、放养寄生蜂等利用生物防治技术生产的嘉58软香米,主要为绿色无公害或有机生态大米,每公斤高于市场价1-1.5元,受公司优质优价的带动,嘉58的稻谷收购价,每公斤高出普通晚粳稻谷0.4元以上,建立以嘉58为原料的品牌大米11个。具理想株型的广亲和光身稻恢复系配制的杂交稻,在中国南方稻区单季晚粳组2013-2015连续三年产量居第一位,嘉优中科3号2015年通过浙江省初审,嘉优中科1号通过上海市生产试验,嘉优中科2号2015年通过江西省生产试验。发表SCI论文2篇,中文核心期刊3篇,申请国家发明专利1项。光身稻基因及相关机理研究论文发表在《Rice》2012年第5期;一年多代育种方法研究论文发表在《Breeding Science》2015年第3期,同时该方法申请国家发明专利(申请专利号:201510155780.1)。
[成果] 1600060162 北京
Q943 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:表观遗传学是在传统遗传学基础上发展起来的新兴学科,是研究在DNA序列不变的情况下,基因功能发生可遗传的变化的学科;其中组蛋白修饰、DNA甲基化和小分子RNA调控是表观遗传的主要机制。研究目的:表观遗传调控对农作物抗逆性、开花控制、种子发育和果实品质等农艺性状有着重要的影响,但具体的分子机制还有待进一步阐明。研究高等植物的表观调控,不仅能揭示高等植物表观遗传调控的分子机制,更可为农业生产、品种培育、生物技术应用提供理论依据,为开发农业新技术奠定基础。主要科学发现:系统鉴定了植物组蛋白甲基化和去甲基化的关键因子,阐明了它们调控基因表达和维持转座子活性的分子机制,首次在全基因组水平上证实转座子具有调控功能;率先建立了植物精氨酸甲基转移酶PRMT的纯化体系,分离鉴定了拟南芥AtPRMT4、5、10等重要组分,发现它们通过抑制FLC表达而调控开花;首次揭示了AtPRMT5参与全基因组范围内mRNA前体可变剪切从而调控开花的分子机理;发现了水稻Dicer蛋白OsDCL1、4和3b分别催化miRNA、tasiRNA和phasiRNA的生物合成,阐明了OsDCL4介导产生的tasiRNA靶向ARF基因进而调控水稻外颖发育的分子机理;发现了小分子RNA丰度的变化可导致表观遗传修饰水平的差异。这些发现不仅为探索高等植物表观遗传调控机理奠定基础,也为表观遗传调控在分子育种方面的应用提供了理论依据。成果产生的价值:该项目共发表通讯(含共同)作者论文25篇,其中24篇被SCI收录,总影响因子合计236.7。分别发表在Nature Genetics,Annu.Rev.Plant Biol.,PNAS,Plant Cell,PLoS Genet.和Plant Physiol.等刊物上。该项目研究成果反映了植物表观遗传研究领域的最新进展,在国际上被广泛正面引用或专文评述,论文共被SCI他引816次。该项目研究工作的系统性和原创性得到国际同行的认可,在植物表观遗传学研究领域具有重要的国际影响和学术地位。主要完成人曹晓风博士应邀在国际拟南芥大会、美国Keystone、冷泉港等国内外会议和德国马普研究所等知名学术机构做特邀报告50余次,受到国内外同行的广泛好评。先后担任《中国科学》副主编、Plant Cell和Curr Opin Plant Biol等10种期刊编委,她是Plant Cell创刊以来唯一入选的中国大陆编委。她先后担任中科院创新团队国际合作伙伴计划、基金委优秀创新群体和科技部重大研究计划等植物表观遗传研究团队的首席科学家。对中国植物表观遗传学的学科发展发挥了重要的引导和促进作用。
[成果] 1500400023 北京
Q945 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2014
成果简介:与单细胞生物和动物相比,被子植物的有性生殖过程尤其复杂,人们对其调控机理知之甚少。因此,对高等植物有性生殖分子机制的解析,将丰富人类对自然的认识,促进植物生殖生物学的发展,在遗传育种上具有重要应用价值。该项目在被子植物有性生殖的分子调控机制方面取得了以下创新研究成果:示了细胞核仁功能的精细调控是胚囊发育的关键因素。通过对slow walkerl(swal),swa2,gametophyte factor1(gfa1)等突变体的分析和相关基因的功能研究,发现这些基因调控核糖体生物发生过程,从而控制配子体细胞有丝分裂进程和胚囊发育;提出RNA加工和核糖体发生等核仁功能的调控是胚囊发育的关键因素。该成果丰富了人类对胚囊发育分子机制的认识,受到了国际同行的关注和认同。现和证明了中央细胞在花粉管导向中的关键调控作用。被子植物花粉管导向是一个受多种信号调控的过程,以前认为只有助细胞在胚囊花粉管导向中起作用,而该研究证明,在中央细胞特异表达的CENTRAL CELL GUlDANCE(CCG)蛋白是一个全新的转录调控因子,通过调控下游基因的表达而参与花粉管导向过程,其突变导致胚囊不能吸引花粉管,该研究证明了中央细胞在花粉管导向中的关键调控作用。此发现改变了人们多年来形成的只有助细胞参与花粉管导向的观点,为该领域近10年来的重要进展,产生了较大的国际影响。现了细胞核定位的PPR蛋白在早期胚胎发育过程中的转录调控作用。Pentatricopeptide Re-peat(PPR)蛋白是在线粒体和叶绿体中参与RNA编辑加工的一类功能保守蛋白,它们是否还具有其他功能尚不清楚。该项目首次发现了一个核定位的PPR蛋白GLUTAMINE-RICH PROTEIN23(GRP23),它作为一个关键的转录调控因子,通过募集RNA聚合酶Ⅱ控制早期胚胎发生。该发现拓宽了人们对于PPR蛋白功能和高等植物早期胚胎发生分子机制的认识,作为重要进展在《Plant Cell》杂志的“In This lssue”中评述。现肌动蛋白基因GhACT1主要参与调控棉纤维的细胞伸长,而与棉纤维细胞分化无关。棉纤维是珠被表皮细胞分化而成的,与胚囊发育、受精和胚胎发生密不可分,具有重要的经济价值。该项目研究了肌动蛋白家族在棉纤维发育中的作用,发现GhACT1主要调控棉纤维细胞的伸长,而与细胞分化无关,尽管该家族成员在序列上高度保守,但是功能各异。该项目在胚囊发生、雌/雄细胞识别、早期胚胎发育和棉纤维生长的分子机理研究方面有重要科学发现,克隆了SWAl、SWA2、GFAl、CCGl、GRP23和GhACTl等多个关键基因。8篇代表论文被《Science》、《Developmental Cell》、《Current Biol-ogy》、《PNAS》、《Plant Cell》、《Annual Review ofPlant Biology》、《Trends in Genetics》等SCI刊物他引229次。主要完成人应邀在国际会议作报告,在Annual Review of Plant Biology和Current O-pinion in Plant Biology等著名杂志发表述评,为Springer等国际出版社出版的图书撰写章节,在该领域产生了重要国际影响。
[成果] 1600400077 浙江
S43 应用技术 农业服务业 公布年份:2015
成果简介:双生病毒是一类在多种作物上造成毁灭性危害的植物DNA病毒。双生病毒分布广、种类多、危害重、传播快,病害控制困难。了解双生病毒的种类分布、流行规律、变异进化及致病机理是制定安全、高效的双生病毒防控策略的关键。该项目在973课题、国家杰出青年基金、国家自然科学基金重点项目等的资助下,经过15年研究,对中国双生病毒开展了系统研究,主要创新成果如下:1.明确了中国双生病毒的种类分布、生物学特性及病害侵染循环特征。建立了双生病毒快速诊断检测技术,提高了病害的预测预警水平;系统调查了双生病毒在中国的发生分布,明确了双生病毒在22个省市发生,分离鉴定41种双生病毒,其中31种为新种,占全球发现的双生病毒总数的13.5%,发现的新双生病毒数量居国际首位;发现17种双生病毒伴随有卫星DNA,测定了250种卫星DNA的全长基因组序列:构建了双生病毒及卫星DNA的侵染性克隆,明确了病毒及卫星DNA在致病中的作用;确定了多种双生病毒的侵染循环特征,即通过烟粉虱在杂草-作物或作物-作物间循环传播,为双生病毒病的控制奠定了基础。2.解析了双生病毒的种群遗传结构和变异进化规律。发现双生病毒遗传结构是异质种群,病毒种群具有准种特征,具有与RNA病毒相似的突变率;双生病毒卫星DNA的变异主要集中在pci蛋白邻近C端区以及卫星保守区与A-rich之间的非编码区,卫星DNA与伴随的双生病毒基因组存在共进化关系;发现中国多种双生病毒基因组之间存在重组。双生病毒种群的突变和基因组之间的重组导致了新病毒的产生,这对阐明双生病毒快速变异与进化的机制及合理使用抗病品种控制病毒病害具有指导意义。3.阐明了双生病毒及其伴随的卫星DNA的致病机理。首次揭示了双生病毒卫星DNA编码的βC1是重要致病因子和RNA沉默抑制子。发现双生病毒编码的C2能够通过与S一腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDCl)互作并且抑制26S蛋白酶体介导的SAMDC1蛋白降解来影响植物和病毒基因组DNA的从头甲基化过程,促进病毒DNA在植物中的积累。发现双生病毒的C4能够诱导植物中RING-finger蛋白RKP的表达,从而调控寄主细胞周期,促进寄主植物细胞分裂和病毒的高效复制。在明确pci致病机理的基础上,建立了新型高效的基于卫星DNA的基因沉默载体,为快速研究植物基因功能提供了技术支持。项目8篇代表性论文发表在《Plant Cell》、《Plant Journal》和《Journal of Virology》等期刊上,累计影响因子47.049,被《Nature Reviews Microbiology》、《Nature Reviews Genetics》等SCI论文正面引用513次,其中被SCI他引356次,单篇最高被SCI引用133次:20篇主要论文正面引用850次,被SCI他引529次。该项目获国家发明专利7项,相关研究工作获全国百篇优秀博士论文奖1篇、提名奖1篇,浙江省科学技术奖一等奖1项,高等学校自然科学奖一等奖2项。项目研究结果具有原创性,得到国内外同行的广泛认可。
[成果] 1600400075 北京
Q11 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:胚胎干细胞为组织再生和器官修复提供了新的希望,但人类胚胎干细胞的获得面临伦理和技术等多方面的挑战。利用诱导性多能干细胞技术与核移植技术开展的细胞重编程研究不仅为阐明生命形成与个体发育的机理提供了重要研究体系,也为再生医学的发展带来了新的契机,是国际生命科学研究和再生医学竞争的焦点。该项目组在诱导性多能干细胞和人类胚胎干细胞的获得与细胞重编程机理研究方面取得了多项突破性成果,解决了多个关键的、具有重要基础研究和临床应用价值的科学问题,赢得了国际学术界的高度认可,推动了国际相关领域的发展,为提升中国干细胞研究的国际影响力做出了重要贡献。主要成果包括:1.首次获得完全由诱导性多能干细胞(iPS细胞)发育而成的健康动物,推动了iPS技术的普及与应用。iPS技术可以将分化的成体细胞重新诱导为多能干细胞,从而有望解决再生医学面临的细胞来源短缺的瓶颈,具有广阔的临床应用前景。但iPS细胞是否具有与胚胎干细胞相同的发育能力是阻碍其基础研究和临床应用的首要问题。该项目通过技术创新,首次获得了完全由iPS细胞发育而成的健康小鼠及后代,证明了iPS细胞能够像胚胎干细胞一样发育为健康个体,为iPS理论的完善及推动其在再生医学领域的应用做出了突出贡献。该成果被评价为iPS研究领域“里程碑式的工作”,有力地推动了iPS技术的发展。2.发现人类体细胞重编程的一个制约因素并建立了人类孤雌胚胎干细胞系,推动了灵长类体细胞重编程与干细胞研究。体细胞核移植等重编程技术是获得个体化干细胞系的重要方法,项目组发现体细胞核移植来源的猕猴胚胎与正常胚胎间存在表观遗传修饰差异,并进而发现卵母细胞质量是制约人体细胞重编程效率的主要因素。开发了利用废弃单性胚胎建立人类干细胞系的新技术.该成果被评价为“标志着人类胚胎干细胞研究一个新纪元的开始”。3.发现了能够区分干细胞多能性水平的分子标识和其他细胞多能性调节机制,使得准确、快速地鉴定胚胎干细胞多能性水平成为可能。项目组建立了小鼠卵细胞蛋白表达谱,发现了组蛋白乙酰化对体细胞重编程效率的影响及相关调节小分子。不同胚胎干细胞系/iPS细胞系的多能性水平和发育能力差别很大,如何快速鉴定其多能性水平是干细胞基础研究与临床应用面临的重要问题。项目组发现了表达与干细胞多能性水平正相关的关键基因调控区,可作为判断胚胎干细胞/iPS细胞多能性水平的分子标识,为解析细胞多能性调控机制提供了新的思路。该成果被评价为“有望引领干细胞的临床治疗沿着最有效、最有前景的方向发展”。该项目的研究成果分别发表在《Nature》、《CellStem Cell》等杂志上。8篇代表性论文被他引751次,最高单篇他引320次,20篇主要论文被他引1081次。上述多项研究成果受到国际一流科技杂志与媒体的高度评价,其中证明iPS细胞发育全能性的成果终结了科学家关于iPS细胞是否能够替代胚胎干细胞的争论,在2009年美国《时代周刊》评选的年度十大医学突破中排名第五,并入选了2009年度“中国基础研究十大新闻”和两院院士评选的“中国十大科技进展”。
[成果] 1400520435 北京
Q78 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:CentralCellGuidance(CCG)是一个在中央细胞中特异表达的核蛋白,在雌配子体控制花粉管珠孔导向过程中起到重要作用。CCG蛋白的N端具有Zincfinger结构域,可以与酵母RNA聚合酶复合体的TFIIB的N端Zincfinger功能互换,但CCG本身不能结合DNA。这些提示CCG可能作为转录调节因子起作用,通过调节下游基因的表达,从而控制花粉管珠孔导向过程(Chenetal.,2007,PlantCell19;3563-3577)。该项目通过筛选酵母双杂交文库获得了两个与CCG互作的蛋白CCG-InteractingProtein1(CIP1)和CIP2。CIP1是一个功能未知的蛋白,而CIP2是已知的MYB类转录因子AGL80。前人试验证实AGL80与AGL61形成异源二聚体,结合目标基因启动子区的CArGbox,调控基因表达。AGL61和AGL80都在胚囊中央细胞特异表达,是中央细胞成熟所需的。课题组通过体外pulldown等实验,证实CCG、CIP1、CIP2(AGL80)和AGL61这四个蛋白能够发生互作,形成复合体。同时,CCG和RNA聚合酶复合体的TFIIF和TBP也可以互作,CIP1和RNA聚合酶的CTD结构域互作。这些结果说明CCG通过与CIP1,AGL80/AGL61异源二聚体和RNA聚合酶相互作用,介导转录因子AGL80/AGL61异源二聚体与RNA聚合酶复合体的作用,从而调节下游目标基因的转录表达。进一步通过Microarray分析,ChIP和实时定量PCR分析,发现在中央细胞中特异表达的六个富集半胱氨酸蛋白基因(CRP)中,有4个基因在ccg中比野生型中有明显下调的。受MYB98调节的23个DD(DOWNREGULATEDINDIF1)类的基因中,有18个基因下调5倍以上,有4个基因下调3倍左右,仅有一个基因表达基本不变。同时拟南芥胚囊信号分子AtLURE也受到下调。这些结果说明CCG一方面直接调节中央细胞中信号分子的表达,同时也通过助细胞间接调节胚囊信号的表达。以上结果揭示了CCG作用的分子机制,明确了CCG基因在花粉管导向过程中的关键作用,加深了课题组对花粉管导向这一被子植物保守机制的认识。
[成果] 1400520542 北京
Q78 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:Mitogen-activatedproteinkinase(MAPK)级联信号途径是真核生物重要和保守的信号转导方式,参与调节生物体内很多重要的生物学过程,在高等植物中主要包括生物体对各种生物和非生物胁迫、激素介导的植物生长发育过程等。MAPK信号能够通过三级级联的方式,即MAPKKK,MAPKK和MAPK逐级磷酸化,连接上游的受体信号和下游的调控底物。拟南芥基因组拥有60个MAPKKKs,10个MAPKKs和20个MAPKs。各级级联组分的不对等的数目使得MAPK级联信号的特异性成为该领域最具挑战性的问题之一。课题组实验室分离获得的拟南芥矮小丛生突变体bud1的已有研究结果表明,控制该性状的BUD1基因编码拟南芥MAPK级联信号途径的成员MKK7。MKK7通过负调控生长素极性运输影响植物的株型,同时又可以促进水杨酸的合成而引起植物基础和获得性的抗性,暗示MKK7控制多条下游信号通路。体外磷酸化实验证明MPK3和MPK6是MKK7的下游底物。通过该项目的实施,课题组证明了在植物体内存在MKK7可以磷酸化MPK3和MPK6,并解析了MKK7-MPK3和MKK7-MPK6两个级联信号的特异性。课题组的结果表明,MKK7-MPK6特异调控植物的生长发育,包括分枝形成、重力反应、花丝伸长及侧根形成等。深入的研究揭示生长素运输载体PIN1是MKK7-MPK6直接磷酸化底物。MKK7-MPK6通过磷酸化PIN1调控生长素极性运输,从而影响生长素分布,调控植物分枝的形成。课题组的结果还阐明MKK7-MPK3信号途径可以特异性调控SA的合成参与植物的抗病性反应。正在进行的MKK7-MPK3和MKK7-MPK6下游特异性底物的筛选将进一步阐明这两天级联信号行驶功能的分子机制。
[成果] 1400520037 北京
Q944 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:该研究以模式生物拟南芥为研究材料,利用分子生物学、生物化学和遗传学等手段鉴定组蛋白甲基化的效应蛋白;阐明了蛋白质精氨酸甲基转移酶AtPRMT5通过调控mRNA的拼接从而调控植物生长发育的分子机理;验证了AtPRMT10的酶活重要位点,证明AtPRMT10的酶活性对于其调控植物开花的重要性。同时鉴定了与AtPRMT10相互作用的蛋白HLP1,揭示了AtPRMT10和HLP1参与调控选择性多聚腺苷酸化。
[成果] 1400520057 北京
Q78 应用技术 [自然科学研究与试验发展, 公共软件服务] 公布年份:2013
成果简介:激素是植物体内合成的一系列天然化合物,在调控植物生命活动的各个方面发挥着至关重要的作用。关于植物激素研究方面国内外已经取得了很多重要成果,并且获得了一系列植物激素相关的突变体、功能基因、转录组、蛋白质组和代谢组等方面的数据。但尚没有统一的平台将这些数据整合起来以便管理与用户查找使用。该项目中,课题组收集、整理了国内外发表的植物激素相关突变体、功能基因、转录组等数据,构建了植物激素研究相关数据的整合与分析软件。该软件不仅可以为科学家们提供植物激素相关数据收集与检索的平台,还将包括多种分析功能,使用户可以方便地进行查询数与数据库中数据的比较分析,从而更加有效地利用已发表数据。并且为将来建立准确的植物激素调控的基因表达网络提供数据基础。同时,课题组还开发了对植物小分子RNA进行高通量分析的软件psRobot,并参与完成了重要抗盐植物盐芥的基因组测序工作,发现ABA相关基因扩增导致的ABA高表达可能有助于盐芥适应高盐环境。
[成果] 1400520251 北京
Q78 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:利用胡萝卜体细胞胚调控培养系统,获得同步生长的体细胞胚,分离获得胡萝卜bZIP类转录因子CAREB1和CAREB2,利用ABA合成抑制剂Fluridone研究ABA在胡萝卜体细胞胚发生过程中的调控作用,研究表明植物激素ABA通过bZIP类转录因子CAREB1调控胡萝卜体细胞胚发生过程。构建带有生长素和ABA应答元件的报告基因表达载体,转化胡萝卜胚并利用GUS和GFP对胡萝卜体细胞胚内源生长素和ABA合成和运输过程进行分析。以水稻为材料,利用ABA免疫抗体对ABA在水稻幼胚中的分布进行了研究,从水稻中分离获得与ABA受体PYR1蛋白立体结构高度相似的ARL1和ARL2,研究表明ARL1可以与ABA结合,FRET实验表明ARL1与PP2C1之间在靠近细胞膜的位置存在着相互作用,由此完成ABA信号转导过程。通过对水稻bZIP转录因子基因家族的功能研究分析发现,植物激素ABA信号通过调节bZIP基因的表达介导植物的干旱胁迫耐受性,而不同水稻bZIP成员可能通过不同的磷酸化途径参与ABA信号转导通路。由此,课题组分别从植物激素ABA信号的感知、转导以及介导形态建成和环境应答等方面进行了探索,部分工作还有待进一步深入。
[成果] 1400521400 北京
Q78 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:该项目从小麦K型细胞质雄性不育系线粒体基因组22个特有的orf入手,利用RT-PCR和Northern杂交技术检测出7个orf(包括orf256、orf299、orf982、orf1331、orf1459、orf1471和orf1484)在不育系和保持系之间有明显差异,将其进行原核表达发现它们对大肠杆菌没有明显毒害作用,进一步用拟南芥花药特异启动子A9驱动,酵母线粒体蛋白COXIV导肽引导构建转化载体转化拟南芥,发现只有orf1471的转基因植株出现部分花粉败育的表型,说明orf1471可能是导致小麦K型细胞质雄性不育系花粉败育的关键基因。同时结合基因芯片技术和蛋白质组学技术分析不育系和保持系花药基因及蛋白的表达情况,发现不育系相较于保持系有许多基因和蛋白上调表达或下调表达,特别是跟物质代谢、能量代谢和信号转导有关的基因和蛋白,说明不育关键基因反向调控了核基因的表达,影响了物质代谢和能量代谢,从而导致花粉败育。利用Western杂交检测细胞色素C的释放及利用TUNEL技术检测DNA的降解发现不育系花药细胞色素C的释放和DNA的降解明显比保持系早而且显著。这些结果为进一步阐明K型小麦核质互作机理和不育基因的利用奠定了基础。
[成果] 1400520284 北京
Q945 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:细胞分裂素参与了调控植物生长发育的众多过程,包括参与对根原生木质部分化与发育的调控。在拟南芥中,细胞分裂素信号通路关键组分的突变导致根原生木质部的发育严重异常。对细胞分裂素调控原生木质部分化的分子机理不甚明了。在该研究中,课题组对拟南芥FBR12基因通过细胞分裂素信号通路调控根系维管束发育的机理进行了系统探索。Fbr12突变导致对细胞分裂素的敏感性降低,根维管束的原生木质部发育异常。FBR12与细胞分裂素受体AHK4、磷酸转运蛋白基因(AHP1-AHP5)在遗传上互作,其相应的多突变体表现为表型相互增强。生化分析表明FBR12、CRE1和AHP1存在于一个蛋白复合体中,而该蛋白复合体的形成受到细胞分裂素调控。此外,fbr12突变导致细胞分裂素信号通路负调控因子AHP6的表达增加,且fbr12突变体表型可以被ahp6突变抑制,表明FBR12作用于AHP6上游负调控AHP6表达。上述结果为解析FBR12调控细胞分裂素信号通路的分子机制提供了新线索。课题组同时还对CKI1、ARR等重要组分调控细胞分裂素信号通路与生长发育的分子机理进行探索。
[成果] 1400520764 北京
Q42 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:复杂神经回路的建立依赖于每个神经纤维沿着既定的路线生长到其正确的靶位置。沿背腹体轴(D/Vaxis)的神经生长机制被研究的相对清楚,但是沿前后体轴(A/Paxis)的神经生长机制研究相对较少。课题组利用线虫头部的一组RME神经元为研究对象,通过大规模的遗传筛选发现Wnt通路影响RME神经沿A/P轴的生长:CWN-2是起吸引作用的Wnt配体,通过Frizzled受体CFZ-2和MIG-1将信号传递给DSH-1;酪氨酸孤独受体CAM-1/Ror2与CWN-2及其受体MIG-1和CFZ-2存在遗传学上互作,暗示其可能作为Wnt的共同受体;酵母双杂筛选发现CAM-1可以与Wnt下游效应分子DSH-1结合。那么Wnt通路是怎样被调控的呢在转录因子ahr-1的突变体中,RMEL/R采取RMED/V细胞命运,在Wnt信号作用下沿前后轴异位长出神经。而在RMED/V中过表达AHR-1会使RMED/V采取RMEL/R细胞命运表现为神经变短,这与Wnt信号下调的表型相似。这说明AHR-1可能间接的负向调控了Wnt通路的水平。通过后续的遗传和生化的研究手段,课题组发现AHR-1和它的结合蛋白AHA-1可以直接调节cam-1的转录水平。另外,课题组还发现潜在的RAB-5GAP蛋白TBC-17可能通过与DSH-1的相互作用参与Wnt信号小体的内吞,并且RAB-5及RAB-11参与的内吞作用在RME神经生长中起到重要的作用。综上所述,课题组发现Wnt蛋白作为吸引信号参与RME神经的前后轴生长,内吞通路可能参与调控RME神经元中Wnt水平的高低,并且调控RME神经元细胞命运转化的转录因子AHR-1可能间接的负向调控了RME神经元中的Wnt信号。
[成果] 1400521779 北京
R-33 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:分娩的机制非常复杂,至今对于分娩过程和分娩调控的分子机制还不甚了解。在搜索参与调节子宫收缩的研究中,课题组从怀孕大鼠子宫中克隆了一个新的钙离子激活的氯离子通道调节基因,命名为大鼠CLCA4。CLCA家族蛋白已经被证实与分泌系统失调的疾病相关,其中包括囊肿性纤维化和哮喘。CLCA家族蛋白可以调节内源性的氯离子传导。在该研究中,课题组制备了大鼠CLCA4的特异性的多克隆抗体。体外的过表达实验表明rCLCA4存在翻译后的剪切和糖基化的修饰。课题组得到了rCLCA4在人类和小鼠的直向同源基因hCLCA4和mCLCA7,并且证实这两个基因也存在在翻译后的剪切和糖基化的修饰。已有研究表明CLCA家族蛋白具备金属蛋白酶的活性。课题组构建了三个CLCA4基因的HEXXH锌离子结合氨基酸基序突变的载体进行体外过表达,随后的实验结果表明突变的蛋白的翻译后剪切效率降低。该结果证明了三个CLCA4基因的具备金属蛋白酶的活性。该研究有助于彻底阐明大鼠CLCA4及其直向同源基因的功能。
[成果] 1400520268 北京
S51 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:水稻分蘖角度是决定水稻株型进而影响产量的重要农艺性状之一,因此倍受育种家和分子生物学家的重视。人们一直试图揭示水稻分蘖角度控制的分子机理,但到目前为止知之甚少。课题组实验室前期对水稻la1突变体进行了系统深入的研究,通过图位克隆的方法分离了LA1基因。研究表明,LA1是禾本科作物所特有的功能未知的蛋白,具有特异的时空表达模式,是水稻植株地上部分生长素运输的负调控因子。该项目根据任务书的计划,利用水稻la1突变体,通过遗传学、生物化学、分子生物学及细胞生物学等实验手段,从不同层面深入探讨生长素在LA1基因的介导下调控水稻植株重力反应即分蘖角度的分子机理,取得了如下研究进展:(1)通过酵母双杂交筛选LA1互作蛋白,并对其中的LIP3(LA1InteractionProtein3)进行详细的功能研究,发现LIP3通过与LA1相互作用决定LA1在细胞内的定位,从而影响LA1的功能;(2)通过对la1进行EMS诱变处理,共得到17个la1抑制突变体。该项目重点对其中的一个抑制突变体sol1(suppressorofla1)的详细分析及SOL1基因的克隆,揭示了独角金内酯对水稻植株重力反应的调控功能;(3)新的分蘖角度突变体的鉴定和基因克隆,发现了新的参与水稻重力反应调控的基因,该基因与LA1处在不同的遗传途径,为阐明水稻重力反应调控网络增加了新的线索;(4)通过重力刺激下的野生型和la1突变体光下幼苗和暗胚芽鞘的转录组分析,初步明确了LA1参与调控水稻分蘖角度的生长素途径的成员。综上所述,该项目的研究除了取得了预期研究结果,有新的发现,为进一步研究提供了重要基础。
[成果] 1400521604 北京
Q78 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:植物利用NB-LRR类型抗病蛋白识别相应的病原菌无毒效应蛋白从而激发专化性抗病反应。迄今为止,抗病蛋白介导的抗病反应机理还不是很清楚。大麦抗病基因座位MLA编码多个等位的CC-NB-LRR亚类型白粉病菌抗病蛋白,该项目利用大麦与大麦白粉病菌互作这一良好的病原系统,解析了抗病蛋白MLA介导抗病反应的分子机理,归纳为以下两方面:(1)MLA结构与功能分析结果发现,MLA介导的细胞死亡受到精细的调控,包括自身多个保守基序及特异分子伴侣组份的调控。MLA的亚细胞定位研究揭示了MLA介导细胞死亡信号与抗病信号的亚细胞功能分区,并提出抗病蛋白可能通过整合来自不同亚细胞区域的多种信号途径,最终达到有效抗病的目的。(2)为研究MLA激活抗病反应与细胞转录调控的关系,课题组对一个新鉴定出的MLACC结构域互作转录因子HvMYB6进行了深入研究。结果表明MLA通过解除WRKY1对MYB转录激活因子HvMYB6的阻遏并强化其DNA结合活性从而增强抗病性。揭示了抗病蛋白可以直接参与细胞转录调控重编程,从而启动下游抗病相关基因的表达而增强抗病性的新机制。
[成果] 1400520363 北京
S14 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:在课题执行期间,在不同生态区(河北、甘肃和广东)、不同土壤类型(北方石灰性土壤和南方酸性土壤)开展了多年、定点的田间试验,并与室内模拟研究相结合,综合运用植物营养学、分子生理学、土壤学研究方法,以玉米及其两种典型的种植体系玉米-豆科间作和小麦-玉米轮作为研究对象,围绕课题计划要点,重点研究了:(1)作物磷高效基因型吸收利用肥料磷和土壤累积态磷的生物学潜力及其关键根际过程;(2)磷供应强度调控根际过程、提高作物磷吸收利用效率的机制;(3)玉米-豆科间作和小麦-玉米轮作体系磷高效利用机制及其根际调控途径。获得如下主要结果:(1)明确了磷高效玉米基因型高效吸收利用磷的生物学潜力及其关键根际过程在根系形态和生理过程中,根系形态是玉米高效利用磷的关键根际过程。根据磷高效关键根际过程和分子标记辅助选择技术相结合,选育出磷高效玉米基因型NE15,与大面积推广品种相比,NE15可在少施磷肥的条件下仍能获得高产,在生产上具有节约磷肥、降低环境风险的较大潜力。(2)揭示了磷供应强度调控根际过程、提高作物磷吸收利用效率的机制利用农学和分子生物学相结合的研究方法,明确了华北平原小麦-玉米轮作体系获得高产的适宜供磷水平,小麦(科农9204)可在Olsen-P20mgkg-1获得最高产,玉米(NE15)可在6mgkg-1获得高产。在适宜供磷水平下,强化了根系形态过程,但抑制了根系生理功能。与小麦相比,玉米可在更低的供磷水平达到最大根系干重和最大总根长,且较高的菌根真菌侵染率与较高的菌根吸磷途径基因表达量协同,这是玉米可在更低供磷水平下高效吸收磷、并获得高产的重要根际过程基础。(3)建立了根层养分调控和恒量监控相结合、根系形态和生理协调的根际调控途径通过该课题对不同供磷强度下根际过程的最新理解,课题组发展了根层养分调控与恒量监控相结合的根际调控理论与途径,即:将根际过程对土壤磷响应的临界值作为下限,将农学需求的临界值作为上限,通过优化养分管理、强化根际过程,达到高产和磷高效利用的协同实现。并针对玉米根系生理过程较弱的问题,发展出磷高效玉米基因型调控、局部施肥调控和玉米-豆科间作调控强化玉米根系生理过程、协调根系形态和生理的根际调控途径,并解析了相关机理。
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