拟南芥自然变异抗旱QTL克隆与功能研究

Drought is one of the major factors that limit crop’s production and yield. Increasing worldwide desertification and extended arid seriously threaten human food security and socio-economic development. Therefore it is very important and highly necessary to study the molecular and genetic mechanisms underlying plant adaptation to drought stress. Natural variation is a significant resource for genetics and functional genomics research, and has great potential in identification of functional genes controlling drought tolerance. Arabidopsis thaliana is a world-wide adapted species, and is a good model for studying natural variation and local adaptation. Based on screen of world-wide collected A. thaliana accessions, we isolated a highly drought-tolerant accession Kz-1 that was collected from central Asia. We then constructed mapping populations, and identified a major QTL controlling drought tolerance. In this project, we plan to clone the major QTL, reveal its biological function and discover its working mechanism, with a combination of various technologies, such as genetics, molecular biology, and biochemistry. This project may shade light on understanding of the molecular and evolutionary mechanisms underlying the natural variation in adaptation to arid, and would provide broader application value for drought resistance breeding by genes cloned from natural variation population.

全球范围持续增加的土壤沙漠化及干旱少雨的自然灾害，严重威胁着人类的粮食安全和经济社会发展。因此，提高作物的抗旱能力是一个亟待解决的重要科学问题。自然变异是遗传学和功能基因组学研究的重要资源，在鉴定抗旱相关功能基因方面也具有很大潜力。模式植物拟南芥在全世界范围内广泛分布，具有适应不同环境的能力，是研究自然变异以及本地适应的良好材料。我们通过筛选全世界范围内收集的拟南芥自然品系，鉴定到一个分布于中亚干旱地区的高度耐旱品系Kz-1，并通过QTL分析初步鉴定了一个抗旱主效QTL。本项目拟通过进一步的遗传学、分子生物学以及生物化学等方面的研究，对该QTL精细定位并克隆基因，揭示该基因的功能和调控规律，解析抗旱自然变异的分子遗传基础和遗传变异适应干旱环境的演化模式。通过自然变异克隆的抗旱基因将具有广泛的适应性和较高的应用价值。

全球范围持续增加的土壤沙漠化及干旱少雨的自然灾害，严重威胁着人类的粮食安全和经济社会发展。因此，提高作物的抗旱能力是一个亟待解决的重要科学问题。自然变异是遗传学和功能基因组学研究的重要资源，在鉴定抗旱相关功能基因方面也具有很大潜力。模式植物拟南芥在全世界范围内广泛分布，具有适应不同环境的能力，是研究自然变异以及本地适应的良好材料。我们通过筛选全世界范围内收集的拟南芥自然品系，鉴定到一个分布于中亚干旱地区的高度耐旱品系Kz-1，并构建了Kz-1 X Col-0 F2 临时性群体，通过QTL定位方法，初步鉴定了一个抗旱主效QTL。进一步的，我们利用单倍体诱导系构建了DH（double haploid）永久性群体，通过鉴定基因型和表型，明确了抗旱基因位于四号染色体短臂端约2M范围内。在本研究过程中我们发现，抗旱表型与开花紧密连锁，而控制开花的FRI基因也在目标范围内，为排除开花对抗旱表型的影响，我们构建了该基因的CRISPR-Cas9敲除载体，目前转基因种子正在筛选阶段。接下来本项目对该QTL精细定位并克隆基因，揭示该基因的功能和调控规律，解析抗旱自然变异的分子遗传基础和遗传变异适应干旱环境的演化模式。通过自然变异克隆的抗旱基因将具有广泛的适应性和较高的应用价值。