绞股蓝茎端入土无性繁殖的生理学机制及其环境适应性研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31760044
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0207.植物生殖与发育
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Jiao-Gu-Lan (Gynostemma pentaphyllum) is an important medicinal plant in the Cucurbitaceae family. This medicinal plant is called “Southern China Ginseng” because it produces a high content of ginsenosides. Its southern nation-wide farming is expected to substitute Ginseng in the future. Although it is a perennial climbing herb, its above-ground organs only grow one season because they completely senesce prior to winter. There is a specific development feature during senescense, during which stems grow gravitropically and each shoot apex develops into a big adventitious bud. All adventitious buds gravitropically grow into soil and develop into multiple auxillary buds, from which new plants will start to grow in the new growth season. Here, this phenomenon is defined as “Gravitropism of Shoot Apex Propagation (GSAP)” Unfortunately, this GSAP has never been studied. Our hypothesis is that this growth phenomenon is induced by environmental factors. In addition, we hypothesize that there are two physiological reversions associated with this GSAP: 1) a change from negative gravitropism to garvitropism and 2) development from adult phase to juvenile adventurous buds. In this project, we propose to complete the following 6 experiments, 1) investigation and recording of GSAP in the field, 2) plant growth in growth chamber to testing induction factors of GSAP, 3) microscopical observation and anatomic characterization, 4) observation of amyloplast distribution and IAA immunolocalization in cells, 5) analysis of plant hormones during GSAP, 6) analysis of gene expression involved in mRNA and miRNA. The outcome will elucidate the physiological mechanism and ecological significance of GSAP, and will be important to develop new biotechnology to enhance propagation for Jiao-Gu-Lan agriculture.
绞股蓝为葫芦科绞股蓝属的重要药用植物,因能合成和积累人参皂苷类物质而被誉为“南方人参”。由于其种植区广,有望成为人参的代用品。作为多年生草质藤本,绞股蓝地上部分的生活期不足一年,其藤蔓在入冬枯死前,从空中垂下,顶芽发育为节间粗短的变态芽。变态芽长入土中,并分化出多个侧芽,越冬后萌发成新苗。我们称这一现象为茎端入土无性繁殖。这一罕见的无性繁殖现象一直被绞股蓝研究者所忽视。我们推测变态芽是由特定的环境因子所诱导,且体内可能发生两类生理学逆转:生长的向性由负的向地性转向正的向地性,发育阶段由成熟阶段恢复到幼态阶段。为此,本项目拟根据对自然生境中绞股蓝这种无性繁殖现象的观察和人工气候室摸拟实验,发现诱导变态芽形成的主要环境因子,建立绞股蓝顶端入土无性繁殖的实验体系,并采用实验形态学、生理学和分子生物学等方法,揭示绞股蓝这一无性繁殖的生理学机制和生态学意义,并为发展绞股蓝高效栽培技术提供理论依据。

结项摘要

绞股蓝秋末时其空中茎下垂生长,钻入土中转化为根状根以越冬,并在来春萌多个新芽。本研究表明,光是影响绞股蓝这种变化的主要环境因子。弱光或暗诱导下,正常茎端通过黄化膨大期、变态芽期发育为根状茎。各茎期的基本结构相似。膨大黄化期的生长素、赤霉素和茉莉酸含量均升至最高,应是茎端转化的必须期和关键期。激素从芽尖段、弯曲段、膨大段至稳定段的含量表现为先升后降趋势。赤霉素可能是茎端转化的主要激素,而茎转化中可溶性糖和淀粉含量呈连续下降,蔗糖和果糖平缓上升,还原性糖上升较快。.对绞股蓝地上茎向根状茎转变的3个发育阶段转录组测序,鉴定到5428个差异表达基因,这些与向地性相关的基因协调控制变态茎的重力响应。此外与苯丙烷生物合成、光周期、激素信号转导、碳水化合物代谢和其它与根状茎发育相关的差异基因也参与调控了绞股蓝茎的转变。.对9个小RNAs文库的测序获得GpmiR156a、GpmiR159、GpmiR166b-5p、GpmiR166e-3p共4个已知和Co.47071、Co.25160、Co.59333共3个预测的新miRNA。在茎转变中GpmiR156a、GpmiR159和Co.47071显著上调,而其他则显著下调。GpmiR166b-5p、GpmiR166e-3p、GpmiR156a和Co.47071在促进空中茎向根状茎的转变中起着重要作用。.同源克隆了GpMIR156a 和GpMIR166b并进行生物信息学分析,通过构建植物过表达载体转化拟南芥,发现GpmiR156a能促进营养器官发育和种子萌发,但抑制童期向成熟期的转变,而GpMIR166b在一定程度上影响营养器官的发育和延缓种子萌发,但能促进童期向成熟期发育的转变。.光质可以显著影响绞股蓝总皂苷的积累,红光显著提高总皂苷含量,其次是蓝光和白光,黑暗下含量最低。绞股蓝皂苷生物合成关键酶鲨烯合成酶SS和鲨烯环氧酶SE也受光质影响,红光下两者酶基因高水平表达,蓝光下次之,黑暗中表达最低。总皂苷含量与两种基因的表达水平呈显著正相关。.乙烯是重要的植物激素,外施乙烯利能不同程度地上调GpFPS、GpSS和GpSE基因的表达水平,且其表达模式在根、茎和叶间各异,而在同一器官中相似。在乙烯利处理后各器官中的总皂苷含量均有所上升,在各单体中以Rb3含量较高。.

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The Control of Developmental Phase Transitions by microRNAs and Their Targets in Seed Plants
种子植物中 microRNA 及其靶标对发育相变的控制
  • DOI:
    10.3390/ijms21061971
  • 发表时间:
    2020-03-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Ma, Jingyi;Zhao, Pan;Guo, Huihong
  • 通讯作者:
    Guo, Huihong
乙烯对绞股蓝皂苷生物合成关键酶 基因表达和皂苷含量的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    广西植物
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王 婷;张世鑫;潘凤溜;彭小列;田维敏;刘世彪
  • 通讯作者:
    刘世彪
Effect of light quality on total gypenosides accumulation and related key enzyme gene expression in Gynostemma pentaphyllum
光质对绞股蓝总皂苷积累及相关关键酶基因表达的影响
  • DOI:
    10.1016/j.chmed.2017.12.004
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Chinese Herbal Medicines
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Ting Wang;Xiang-rong Tian;Xiao-yu Wu;Zhun Luo;Gui Li;Xiao-lie Peng;Shi-biao Liu
  • 通讯作者:
    Shi-biao Liu
暗诱导绞股蓝根状茎形成中的内源激素和糖含量变化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    种子
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭震;朱里;罗庆;高建有;查满荣;彭小列;郭惠红;刘世彪
  • 通讯作者:
    刘世彪
Integrated transcriptome and miRNA analysis uncovers molecular regulators of aerial stem-to-rhizome transition in the medical herb Gynostemma pentaphyllum
综合转录组和 miRNA 分析揭示了药用植物绞股蓝气生茎到根茎转变的分子调节因子
  • DOI:
    10.1186/s12864-019-6250-8
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    BMC Genomics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Qi Yang;Shibiao Liu;Xiaoning Han;Jingyi Ma;Wenhong Deng;Xiaodong Wang;Huihong Guo;Xinli Xia
  • 通讯作者:
    Xinli Xia

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其他文献

绞股蓝属三种植物的营养成分分析
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 作者:
    彭小列;王婷;罗准;刘世彪
  • 通讯作者:
    刘世彪
不同居群五柱绞股蓝叶形变异及总黄酮含量分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘世彪
巴西橡胶树不同高度的结构特征及其对嫁接树导管结构的影响
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    刘世彪;林位夫;郝秉中
  • 通讯作者:
    郝秉中
短时低温对绞股蓝种子萌发的促进作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭小列;刘世彪;李晓明;田向荣
  • 通讯作者:
    田向荣
绞股蓝种子油的提取、成分分析和急性毒性实验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    广西植物
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘世彪
  • 通讯作者:
    刘世彪

其他文献

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对萼猕猴桃耐涝的生理和分子机制研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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