玉米EIN3转录因子调控对玉米螟抗性机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31772179
  • 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:
    C1403.作物免疫与抗性
  • 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

Maize is an important grain crop and benzoxazinoids (Bxs) are the most important chemicals defensing against a broad range of herbivores in maize. Yet, little is known how maize regulates Bxs biosynthesis against herbivores. We created transgenic maize lines which are insensitive to ethylene (ETR1) and these plants showed increased defense against Ostrinia furnacalis, and Bxs induced by O. furnacalis is higher in the ETR1 lines than that in wild-type plants. By phylogenetic and expression analysis and protoplast transformation, we identified the candidate EIN3 gene in maize, which is the key regulator in ethylene signaling, and we found that it negatively regulates Bxs biosynthesis. In this project, we aim to identify proteins and genes regulated by EIN3 via yeast two-hybrid and chromatin-immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) methods. How the above-mentioned proteins and genes regulate Bxs will be investigated by Co-immunoprecipitation assays and promoter-GUS activity assays, respectively. We will further overexpress and down-regulate EIN3 in maize. Using wild-type and these transgenic maize, Bxs biosynthesis and volatile release and the performance of O. furnacalis will be determined, and the behavior of Trichogramma ostriniae in the lab and field condition will be analyzed. Taken together, this work will provide knowledge on the biochemical molecular mechanisms and chemical ecology of how EIN3 and ethylene signaling regulate direct and indirect defense response of maize against O. furnacalis.
玉米是重要的粮食作物,丁布类物质是玉米中的广谱抗虫化合物,而玉米如何调控丁布的合成以应对虫害胁迫尚缺乏深入研究。我们发现乙烯途径受阻转基因玉米(ETR1)增强了对玉米螟的抗性,且玉米螟诱导的丁布含量在ETR1玉米中高于野生型。通过基因表达、进化分析及原生质体转化技术,我们初步确定了乙烯信号途径核心转录因子EIN3,发现其负调控丁布的合成。我们拟使用酵母双杂交、ChIP-seq结合RNA-seq技术,获得EIN3调控的蛋白及基因网络,并通过免疫共沉淀技术及启动子激活GUS活性分析,解析EIN3调控丁布合成的生化机理。此外,我们将制备EIN3过表达和基因沉默的转基因玉米,与野生型玉米比较分析:1)丁布含量及挥发物释放的变化,2)对玉米螟抗性,3)田间和实验室条件下对玉米螟赤眼蜂的吸引力,进而从生化分子机理和化学生态学层面上剖析乙烯信号途径中转录因子EIN3如何调控玉米对玉米螟的直接和间接抗性。

结项摘要

通过CRISPR-Cas9技术,敲除了EIN3两个同源基因,获得了突变体植株,其对乙烯诱导的三重反应不敏感。ein3突变体在本底水平,负调控丁布主要合成酶的表达和丁布类化合物积累,和对玉米螟的抗性。通过ein3突变体的转录组筛选,原生质验证,我们发现EIN3正向调控转录因子ERF87,而ERF87负调控丁布主要合成酶的表达和丁布类化合物的积累。我们还发现在原生质体中,EIN3在调控主要丁布合成酶BX10的活性时,和茉莉酸信号途径核心转录因子MYC2有协同作用,且通过酵母双杂和双分子荧光发现EIN3和MYC2存在直接蛋白互作。以突变体为材料,发现EIN3也调控吲哚上游合成基因IGPS1的表达。通过ChiP-PCR发现EIN3可以直接结合IGPS1启动子区域,调控其基因表达,进而介导对丁布的正向调控。以ein3突变体为材料,发现ein3在诱导后正向调控EREB58、TPS10等基因,与之对应的是,ein3突变体玉米受虫害诱导后的重要萜类挥发物,如芳樟醇、DMNT的释放量较野生型下降,同时也降低了对天敌寄生蜂的吸引。.我们还发现玉米中的ZmMPK6通过正调控乙烯的合成,负调控主要丁布的合成,进而负调控玉米的诱导抗虫性。综上,玉米乙烯信号调控的诱导抗虫性,在本底水平或者较低乙烯浓度下,通过上游的ZmMPK6和EIN3调控的下游转录因子ERF87负调控丁布的合成积累,而在高浓度乙烯或者虫害诱导后,则通过和MYC2转录因子及吲哚上游关键基因IGPS互作,正向调控丁布的积累和对害虫的抗性反应,表现出浓度依赖型的调控模式。本研究丰富了乙烯信号途径调控的诱导抗虫分子机理。我们还参与研究了我国主栽商品化玉米在田间对玉米螟的间接诱导抗性,发现其在田间表现出较好的直接和间接诱导抗虫性,为玉米分子育种,提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(6)
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 oriental armyworm (Mythimna separata) feeding induces systemic defence responses within and between maize leaves
东方粘虫(Mythimna separata)的摄食会诱导玉米叶内和叶间的系统防御反应
  • DOI:
    10.1098/rstb.2018.0307
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Malook Saif ul;Qi Jinfeng;Hettenhausen Christian;Xu Yuxing;Zhang Cuiping;Zhang Jingxiong;Lu Chengkai;Li Jing;Wang Lei;Wu Jianqiang
  • 通讯作者:
    Wu Jianqiang
商品化杂交玉米先玉335、郑单958和京科968抗虫能力的比较研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    玉米科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘树楠;申国境;李京;张翠萍;Saif UL Mallook;吴建强;王蕾;宋伟;王燚;赵久然;唐国文;齐金峰
  • 通讯作者:
    齐金峰
Mythimna separata herbivory primes maize resistance in systemic leaves.
食草粘虫引发全身叶片的玉米抗性
  • DOI:
    10.1093/jxb/erab083
  • 发表时间:
    2021-05-04
  • 期刊:
    Journal of experimental botany
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Malook SU;Xu Y;Qi J;Li J;Wang L;Wu J
  • 通讯作者:
    Wu J
Ultraviolet-B enhances the resistance of multiple plant species to lepidopteran insect herbivory through the jasmonic acid pathway.
UV-B通过茉莉酸途径增强多种植物对鳞翅目昆虫草食性的抵抗力
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-18600-7
  • 发表时间:
    2018-01-10
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Qi J;Zhang M;Lu C;Hettenhausen C;Tan Q;Cao G;Zhu X;Wu G;Wu J
  • 通讯作者:
    Wu J
ZmMPK6 and ethylene signalling negatively regulate the accumulation of anti-insect metabolites DIMBOA and DIMBOA-Glc in maize inbred line A188
ZmMPK6 和乙烯信号传导负向调节玉米自交系 A188 中抗昆虫代谢物 DIMBOA 和 DIMBOA-Glc 的积累。
  • DOI:
    10.1111/nph.16974
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    NEW PHYTOLOGIST
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    Zhang Cuiping;Li Jing;Li Sen;Ma Canrong;Liu Hui;Wang Lei;Qi Jinfeng;Wu Jianqiang
  • 通讯作者:
    Wu Jianqiang

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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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