温度和CO2浓度升高下转Bt作物抗虫代谢补偿及协调机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31272051
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1403.作物免疫与抗性
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Atmospheric warming combined with carbon dioxide level increases simulatiously occur under climate change, which may have stimulatory (i.e., positive) or inhibitory (i.e., negative) effects on vegetative growth and metabolism of crop pants. So it becomes very important to study the growth and metabolism, especially the metabolic physiology and the regulation mechanism of inherent (including C- and N-based) and exogenous (i.e., Bt toxin) defence expression, and the changes in resistance ability against target and non-target insect pests for transgenic Bt crops under climate change. In this study, Cry1A Bt crops (including Cry1Ab Bt cotton cv. 33B vs. the parental line cv. DP5412, and Cry1Ab+Cry1Ac Bt rice cv. HH1 vs. the parental line cv. MH63) will be deployed in a completely randomized design with four treatment combinations of two CO2 levels (ambient and double-ambient) and two temperature levels (ambient and ambient+0-1.5 C increase). The following objectives will be investigated for the Cry1Ab+Cry1Ac Bt rice and Cry1Ab Bt cotton grown under elevated temperature and carbon dioxide, that is: (1) the plant physiological and molecular biological mechanisms of the general decrease in exogenous Bt toxin content in plant tissues; (2) the metabolic compensation of inherent defence (including C- and N-based secondary defensive chemicals) for the decrease of exogenous Bt toxin, and the regulation mechanism of the two types of chemical defences, based on the growth and differentiation balance hypothesis (ab. GDBH); (3) the associated resistance mechanism against target and non-target insect pests, and the assessment on population dynamics of insect pests and the yield loss of transgenic Bt crops. The results will be important in developing the management strategies of target and non-target insect pests of transgenic Bt crops under climate change of atmospheric warming and carbon dioxide level rising.
温度和二氧化碳浓度同步升高是当前气候变化的主要特点,由此带来的对转Bt作物生长代谢,尤其是内(外)源抗虫代谢生理及其协调机制,以及对靶标害虫和非靶标害虫的抗虫性影响等亟待明确。本研究以Cry1A型转Bt水稻和转Bt棉花为研究对象,以温度和二氧化碳浓度升高的联合作用为主导因子,开展相关研究:(1)外源Bt毒素表达量降低的植物生理学和分子生物学机理;(2)外源Bt蛋白和内源次生防卫物质之间的代谢补偿及其协调机制,以及基于生长-分化平衡假说的植物防卫机理研究;(3)靶标害虫和非靶标害虫的协调抗虫机理研究及其种群暴发危害和作物经济产量损失评估。最终,服务于气候变化下转Bt作物(水稻和棉花)的靶标害虫和非靶标害虫的有效治理。

结项摘要

温度和CO2浓度同步升高是全球气候变化的主要特点,由此带来的对转Bt作物内(外)源抗虫代谢生理及其协调机制和抗虫性影响等问题亟待明确。本研究结合氮肥水平管理,重点开展了温度和CO2浓度升高下转Bt作物抗虫代谢补偿及协调机理研究。首先,从基因和蛋白水平明确了温度和 CO2浓度升高对转Bt水稻外源蛋白表达量影响,揭示了CO2浓度升高下转Bt水稻Bt毒素表达量降低的植物生理学(“稀释效应”)和分子生物学(外源基因“甲基化沉默”)机理。研究表明:温度和CO2浓度升高对转Bt水稻外源蛋白表达量有负面影响,适当施用N肥(1/4N~1N)下CO2浓度升高会上调外源Bt毒素表达量。与对照CO2相比,N素匮乏(即1/8N)或过量(即2N)水平下高CO2浓度导致转Bt水稻外源基因编码区甲基化水平显著提高。与对照CO2相比,高CO2浓度下转Bt棉花和转Bt水稻叶片中外源Bt基因编码区甲基化频率都显著增加。可见,N肥施用可改善未来CO2浓度升高下转Bt水稻面临的N素限制。其次,评价了温度和CO2浓度升高联合作用下转Bt作物的非靶标害虫暴发危害风险及其种间竞争。研究表明,稻飞虱对温度和CO2浓度升高的反应受Bt水稻品系影响。相比褐飞虱和灰飞虱,高温下CO2浓度升高提高了转Cry1Ab/Ac基因型Bt水稻上白背飞虱发生量。此外,CO2浓度和温度都高时,转Cry1Ab基因型Bt水稻降低了白背飞虱发生量。与对照亲本相比,CO2浓度和温度升高下转Cry1Ab基因型Bt水稻对白背飞虱的抗性比转Cry1Ab/Ac基因型Bt水稻高。因此,生产中应同时使用不同类型的Bt水稻以获得最佳抗虫效果。另一方面,与对照CO2相比,高CO2浓度下棉花叶片膨压和叶可溶性成分的增加有利于其刺吸取食危害,这也致使成蚜鲜重、繁殖力和种群丰度增加。可见,CO2浓度升高可通过改变寄主植物组织显微结构和可溶性组分进而影响刺吸类害虫的取食行为。最终,评估了CO2和温度升高下转Bt水稻及其对照亲本经济产量。研究表明,转Bt水稻的千粒重和百丛稻谷产量随CO2浓度升高而提高,且仅在高氮水平下随温度升高而产量增加。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
气候变化下山东稻区水稻重大害虫灾变规律及其防控评价——以郯城为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    生物灾害科学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    纪绍兰;朱军生;欧阳芳;陈法军
  • 通讯作者:
    陈法军
温度和CO_2浓度升高下转Bt水稻种植对土壤活性碳氮和线虫群落的短期影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    冯运;党志浩;李辉信;胡锋
  • 通讯作者:
    胡锋
人工饲料、转Bt水稻及其亲本稻苗饲养下二化螟种群适合度的比较研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈法军
北方水稻和小麦种植区麦田灰飞虱种群发生动态及其带毒率研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    王孟伦;朱金声;韩兰芝;陈法军
  • 通讯作者:
    陈法军
刺吸电位技术实验中固定昆虫的三种方法比较研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    应用昆虫学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    江守林;何花;屈勇;陈法军
  • 通讯作者:
    陈法军

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其他文献

转基因作物对害虫和天敌影响的研究概况
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    吕仲贤
近零磁场下干扰磁响应关键基因对褐飞虱寿命的影响
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈法军
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  • 发表时间:
    2011
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    李志毅;隋贺;潘卫东;陈法军
  • 通讯作者:
    陈法军

其他文献

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陈法军的其他基金

地磁场强度变化对褐飞虱迁飞为害的影响及其磁响应机制
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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

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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