Deciphering the Complex Metabolic Network in Snapdragon Flowers: An Integrative Approach

破译金鱼草花中复杂的代谢网络:一种综合方法

基本信息

  • 批准号:
    0615700
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 103万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-09-01 至 2011-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Recent progress in the field of secondary metabolism has uncovered the importance of secondary metabolites, not only for plant life, but also for humans. The involvement of secondary metabolites in plant survival in the surrounding ecosystem and their impact on food quality, attractiveness of ornamentals, and human health reveal the importance of genetic improvements leading to their formation. Genetic engineering of secondary metabolites has enormous potential. However, its success largely depends on our understanding of the entire cellular metabolic network. The long-term goal of this project is to provide a comprehensive understanding of in vivo metabolism and to characterize the carbon flow through the metabolic network in photosynthetic and non-photosynthetic floral tissues over the lifespan of the flower. A unique integrative approach, including transient stable isotope labeling and metabolic flux analysis over flower development, combined with corresponding transcriptome analysis, will be used to obtain a novel picture of the dynamic relationships between in vivo flux and gene expression profiles in central carbon, nitrogen, and secondary metabolism of flowers. This research will lead to the generation of a temporal flux map in which each biochemical step will contain a developmental profile for the corresponding flux and gene expression. The developmental aspect of flux analysis incorporated into the temporal flux map will add a new dimension to our vision of primary and secondary metabolism. The integration of global flux analysis and enzyme activity with gene expression will uncover the potential regulatory steps within pathways or branchways. An integrative map developed in this research will help to conceptualize the temporal and spatial aspects of the network regulation and guide diverse efforts in metabolic engineering of plant secondary metabolism. Moreover, this project will fill important gaps in the understanding of floral metabolism and provide powerful modeling tools for general use in the metabolic engineering of plant metabolic pathways. Broader impacts: This project has a strong multidisciplinary training component for the next generation of plant scientists. Undergraduate and graduate students, as well as post-doctoral scientists (including women and minorities) participating in this research will get 'the big picture' of cellular metabolism and gain an appreciation of whole plant physiology, in vivo isotopic labeling, analytical biochemistry, molecular biology, genetics and integrative modeling. The overall instructional goal is to provide students with a more comprehensive understanding of plant metabolism. In addition to training students, new course modules on secondary metabolism, metabolic engineering, and integrative modeling will be developed and incorporated via the web using WebCT into existing courses at Purdue University. Plant metabolic modeling software developed as part of this project as well as the teaching modules will be released as freeware on the Purdue Horticulture web server.
第二代谢领域的最新进展揭示了次生代谢物的重要性,不仅对植物生命,而且对人类而言。二级代谢产物参与周围生态系统中的植物生存及其对食物质量,观念吸引力以及人类健康的影响揭示了遗传改善的重要性,从而导致其形成。继发代谢产物的基因工程具有巨大的潜力。但是,它的成功在很大程度上取决于我们对整个细胞代谢网络的理解。该项目的长期目标是为体内代谢提供全面的理解,并在花朵的寿命中表征光合作用和非光合合成花卉组织中的代谢网络的碳流动。一种独特的整合方法,包括瞬态稳定的同位素标记和花朵发育中的代谢通量分析,结合了相应的转录组分析,将用于获得中碳,氮气和花朵的二级代谢中的体内通量与基因表达曲线之间动态关系的新照片。这项研究将导致一个时间通量图产生,其中每个生化步骤将包含相应通量和基因表达的发育曲线。纳入时间通量图中的通量分析的发展方面将为我们对原发性和次要代谢的愿景增加一个新的维度。全球通量分析和酶活性与基因表达的整合将揭示途径或分支中的潜在调节步骤。 这项研究中开发的综合图将有助于概念化网络调节的时间和空间方面,并指导植物次要代谢代谢工程的多样化努力。此外,该项目将在理解花卉代谢的理解中填补重要空白,并为植物代谢途径的代谢工程提供强大的建模工具。更广泛的影响:该项目为下一代植物科学家提供了强大的多学科培训组成部分。参与这项研究的本科生和研究生以及博士后科学家(包括妇女和少数群体)将获得细胞代谢的“大局面”,并对整个植物生理学,体内同位素标记,分析生物化学,分子生物学,分子生物学,遗传学和整合建模。总体教学目标是使学生对植物代谢有更全面的了解。除了培训学生外,还将通过Web使用WebCT在Purdue University的现有课程中开发并合并有关二级代谢,代谢工程和综合建模的新课程模块。作为该项目的一部分开发的植物代谢建模软件以及教学模块将在普渡大学园艺Web服务器上作为免费软件发布。

项目成果

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