植物miRNA调节丛枝菌根共生的分子机制及演化模式

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31770245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0202.植物系统发生与进化
  • 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

Arbuscular mycorrhiza (AM) is an ancient symbiosis that originated over 400 million years ago and widespread in over 80% of land plant species from all major land-plant lineages, including hornworts, liverworts, lycopods, ferns, and angiosperms. The formation of AM with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) would assist plants in the assimilation of water and nutrients from the soil, which may have played a key role in facilitating plant colonization of the terrestrial environment. Establishment of an efficient symbiosis relies on a set of highly conserved 'symbiotic genes' characterized mainly in legumes. These symbiotic genes are required for the perception of AMF signals, root colonization, arbuscule development and to control the level of root colonization. Loss of symbiotic genes often results in defective in formation of AM symbiosis. Currently, how plants have evolved to tune the expression of symbiotic genes so that they are not over-colonized by AMF but maintain an efficient symbiosis relationship are still poorly understood. Recently, the identification of several miRNAs involving in AM symbiosis opened a new era for studying the regulation of AM symbiosis at transcription level. To obtain further insights into the role of miRNAs in AM symbiosis, this project planned to investigate the molecular mechanism and evolutionary pattern of AM symbiosis-regulating miRNAs from the following aspects. Firstly, a global survey of AM-responsive miRNAs in representative species from two deep-diverged angiosperm lineages of dicot (tomato) and monocot (rice) will be performed by high-throughput sequencing and bioinformatics analysis, through which the conserved and species-specific AM-responsive miRNAs could be distinguished and the shaping forces could be traced. Secondly, the interaction of a set of conserved AM-responsive miRNAs and their predicted target genes will be tested and their exact functions in AM symbiosis will be determined. Finally, the origin and evolution of these conserved AM symbiosis-regulating miRNAs and target genes will be explored by searching their homologs from key land plant lineages. The progress made by this project would enhance our understanding on how miRNAs were recruited by plants to fine tune an anciently originated symbiotic relationship and provide new insights into the molecular mechanism and evolutionary pattern of AM symbiosis.
超过80%的陆地植物都能与丛枝真菌形成共生——丛枝菌根(AM),这种共生关系的建立依赖于一套起源古老并在不同植物类群中保守的植物共生基因。但是,植物如何调控共生基因表达,以维持和谐的共生关系?以及这种调控作用是如何演化的?目前尚不清楚。本项目拟在前期发现植物miRNA对AM共生调节的基础上,以被子植物不同演化分支的两个代表性物种(双子叶植物番茄和单子叶植物水稻)为切入点,结合高通量测序和生物信息学分析,比较两种植物共生响应miRNA的谱系组成,发现物种间保守的调节AM共生的植物miRNA,鉴定其靶基因,并通过转基因、基因敲除等技术对这些miRNA进行功能验证,探讨其调节AM共生的分子机制。最后,通过调查番茄和水稻间保守的共生响应miRNA在陆地植物关键演化节点的存在状况和调控特性,追溯植物miRNA对AM共生调节作用的起源及演化,从表达调控的全新角度揭示植物AM共生建立的分子和演化机制。

结项摘要

植物丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza, AM)共生是一类起源古老、分布广泛的植物-微生物共生关系,超过80%的陆地植物都能与丛枝真菌形成AM共生。本项目以被子植物两大分化类群(双子叶植物和单子叶植物)中的两个代表性物种(番茄和水稻)为切入点,通过鉴定这两个物种在AM共生和非共生状态下表达存在显著差异的miRNA(简称AM共生响应miRNA),发现在番茄和水稻中分别有7个和53个AM共生响应miRNA家族;进一步整合公共数据库中发表的其它单、双子叶植物AM共生前后的sRNA测序数据,发现在烟草和玉米中各有5个miRNA家族的成员在AM共生时表达发生显著性改变;对上述四个物种中AM共生响应miRNA进行比较分析,发现仅有一个miRNA家族——miRNA399在不同被子AM共生过程中发生一致性的表达下调,而其它的共生响应miRNA多为物种特异性共生响应miRNA,暗示被子植物miRNA对AM共生的调控作用既存在保守性,又存在物种特异性的演化特征;在此基础之上,我们通过对番茄AM共生过程中的多维度RNA组学测序和分析,构建了一个以miRNA为核心的调控AM共生的ceRNA网络;为了深入揭示在多个被子植物中保守的AM共生响应miRNA——miR399在AM共生中的调控作用及其分子机制,我们构建了miR399过表达的番茄转基因植株,通过实验研究发现miR399过表达对植物AM共生具有负调控作用,表明miR399是AM共生的负调控因子,并且可能通过作用于其靶基因PHO2及下游基因PHT1发挥对AM共生的调控作用;比较基因组学分析发现,miR399及其靶基因PHO2的出现均可以追溯到种子植物的共同祖先,而miR399识别靶位点仅能在被子植物的PHO2基因上检测到,暗示miR399通过靶向PHO2对AM共生的调控作用可能在被子植物共同祖先中演化形成。综合而言,本项目揭示了番茄和水稻等被子植物AM共生响应miRNA的谱系组成,发现并深入研究了唯一一个在不同被子植物中保守的AM共生响应miRNA——miRNA399对AM共生的调控作用及其分子机制,追溯了miR399-PHO2调控模块在陆地植物不同类群中的存在情况和演化模式,揭示了miRNA对AM共生的调控作用的保守性与多变性共存的演化特征,为从RNA层面研究AM共生的调控作用拓展了新的研究思路。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
An angiosperm NLR Atlas reveals that NLR gene reduction is associated with ecological specialization and signal transduction component deletion.
被子植物 NLR 图谱揭示 NLR 基因减少与生态特化和信号转导成分缺失相关。
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
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  • 通讯作者:
    Shao Zhu-Qing
Revisiting the Origin of Plant NBS-LRR Genes
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Trends in Plant Science
  • 影响因子:
    20.5
  • 作者:
    Shao Zhu-Qing;Xue Jia-Yu;Wang Qiang;Wang Bin;Chen Jian-Qun
  • 通讯作者:
    Chen Jian-Qun

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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

        graph TD
          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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