耐干苔藓脱落酸信号关键因子ABI3调控机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900270
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0208.植物资源保护与利用
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

ABI3 is a key transcriptional factor of the ABA signal pathway, which is involved in seed dormancy, plastid development, and desiccation tolerance of bryophytes; therefore, it plays an important role in stress tolerance of plants. This project is based on the foundation of cloning of ABI3 gene from Syntrichia caninervis, this gene will be studied on three levels, namely: the upstream regulatory elements and signal transduction pathway, transcriptional regulation and the down-stream target genes, and stress resistance analysis of transgenic moss. The promoter of ScABI3 genes is cloned firstly, and the cis-elements involved in stress responsive will be identified by analyzing the activities of serial deletion mutants of promoters. Based on the identified cis-elements, yeast one-hybrid is employed for investigation of the upstream regulators and signal transduction pathway of ScABI3 genes. Yeast two-hybrid is employed in studying the interacting proteins by ScABI3, elucidating its regulatory downstream target genes. The ScABI3 gene is transformed into Physcomitrella patens generating the overexpression transgenic P. patens. The transcriptomes of the transgenic, mutant and WT P. patens are built using the high throughput sequencing method. The target genes of ScABI3 will be determined by comparing the differentially expressed genes between overexpression, mutant, and WT P. patens. These results may be contributed to the development and utilization of genetic resources of desert plants, and provide the theoretical and practical base for molecular breeding.
ABI3是ABA信号通路中关键转录调控因子,参与种子休眠、质体发育、苔藓耐干等多个重要生理过程,在植物抗逆中起到关键作用。本项目以荒漠耐干苔藓——齿肋赤藓为材料,在鉴定出其抗逆基因ScABI3的基础上,进行三个层次的研究,即:ScABI3上游调控基因和信号通路、ScABI3转录调控及下游靶基因、ScABI3转基因苔藓抗逆分析,旨在系统揭示ScABI3基因响应逆境的分子机理。通过分离ScABI3基因启动子,构建启动子系列缺失载体来鉴定响应逆境胁迫的顺式元件,以这些元件为基础,利用酵母单杂交鉴定ScABI3上游调控因子。利用酵母双杂交研究其转录激活和互作蛋白,阐明其调控的下游靶基因。将ScABI3基因转入小立碗藓,过表达后建立转录组,通过比较过表达、突变体及野生型小立碗藓的差异表达基因,探讨ScABI3基因抗逆分子机理。进而为开发利用荒漠植物基因资源,培育抗逆作物品种奠定基础。

结项摘要

ABI3是ABA信号通路中关键转录因子,参与种子休眠、质体发育、非生物胁迫等重要生物学过程。本项目以荒漠耐干苔藓齿肋赤藓为材料,系统开展非生物胁迫下ScABI3调控机理研究。取得了以下研究结果:(1) 利用UPLC-MS法测定出齿肋赤藓存在内源ABA,且在干旱胁迫下含量明显发生变化;通过qRT-PCR方法分析了齿肋赤藓ABA合成及信号转导基因在非生物胁迫下的表达模式。(2) 齿肋赤藓沙培和组培的两种再生模式具有不同的表型可塑性,在干旱条件下,沙培苔藓叶面呈疣状和刺状,其内源ABA和海藻糖含量显著高于组培苔藓;但是,两种模式培养的苔藓在干燥和复水过程中对水分的响应是相同的,表明两种再生苔藓具有相似的耐干特性。(3) 齿肋赤藓ScABI3转基因拟南芥在种子萌发、幼苗生长及成苗阶段均可显著增加抗盐、抗旱及减少ABA敏感性,分析发现其抗非生物胁迫能力的提高是通过增加ROS清除酶活性、积累渗调物质、增强光合作用以及调节叶片气孔大小而共同实现。(4) 比较ScABI3基因过表达小立碗藓在100mM、200mM和300mM 甘露醇处理15d和25d的表型;初步发现与野生型相比,ScABI3转基因植株具有更高的存活率和生长速率。(5) 将ScABI3基因导入紫花苜蓿,发现ScABI3基因在紫花苜蓿中过量表达能够提高植株ABA含量,增加叶面积、叶茎比和分枝数,提高光合效率和水分利用率,减少茎秆木质素含量,最终提高转基因植株的粗蛋白含量。(6) 利用齿肋赤藓酵母cDNA文库中,筛选出一个RING型E3泛素连接酶ScPRT1,证实ScPRT1能与ScABI3发生直接互作,在外源ABA处理下,ScPRT1基因的表达会影响ScABI3基因的转录;ScPRT1蛋白在进化上与小立碗藓亲缘关系最近,与被子植物相距较远;在原核体系中表达ScPRT1重组蛋白,检测ScPRT1与已知的E1、E2和泛素蛋白的结合能力,通过泛素抗体检测证实ScPRT1能够进行自身泛素化修饰。上述研究成果系统揭示了齿肋赤藓内源ABA及其ABI3转录因子的逆境响应机制,对深入理解ABA在植物进化过程中发挥的作用具有重要意义。此外,ScABI3抗逆功能的明晰以及深入挖掘,对于日益激烈竞争的农作物分子改良具有重要价值。

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(1)
Functional Analysis of ScABI3 from Syntrichia caninervis Mitt. in Medicago sativa L.
Syntrichia caninervis Mitt 的 ScABI3 功能分析。
  • DOI:
    10.5876/9781607323181.c009
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Agronomy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yi Zhang;Chun Wang;Mingqi Huang;Yigong Zhang
  • 通讯作者:
    Yigong Zhang
Detection of abscisic acid (ABA) and expression profiles of ABA-related genes in a desert moss Syntrichia caninervis
沙漠苔藓 Syntrichia caninervis 中脱落酸 (ABA) 的检测及 ABA 相关基因的表达谱
  • DOI:
    10.1080/03736687.2021.1989927
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Bryology
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Yigong Zhang;Ayibaiheremu Mutailifu;Yi Zhang;Honglan Yang;Daoyuan Zhang
  • 通讯作者:
    Daoyuan Zhang
异源过表达齿肋赤藓ScABI3基因改变拟南芥气孔表型并提高抗旱性
  • DOI:
    10.11983/cbb20212
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    植物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张一弓;张怡;阿依白合热木·木台力甫;张道远
  • 通讯作者:
    张道远
Structure, development, and the salt response of salt bladders in Chenopodium album L.
藜的盐囊的结构、发育和盐响应。
  • DOI:
    10.3389/fpls.2022.989946
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in Plant Science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Yigong Zhang;Ayibaiheremu Mutailifu;Haiyan Lan
  • 通讯作者:
    Haiyan Lan
Comparison of desiccation tolerance of desert moss Syntrichia caninervis in tissue culture and sand culture
沙漠苔藓Syntrichia caninervis组培与沙培耐干燥性比较
  • DOI:
    10.30848/pjb2022-4(26)
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Pakistan Journal of Botany
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Yigong Zhang;Honglan Yang;Lu Zhuo
  • 通讯作者:
    Lu Zhuo

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其他文献

微孔草Actin基因核心片段的克隆及序列分析
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    张丽静;傅华;吴淑娟;张一弓
  • 通讯作者:
    张一弓
白沙蒿肌动蛋白基因核心片段的克隆和序列分析
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    基因组学与应用生物学
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    --
  • 作者:
    刘永红;张丽静;傅华;张一弓
  • 通讯作者:
    张一弓
Detection of abscisic acid (ABA) and expression profiles of ABA-related genes in a desert moss Syntrichia caninervis
沙漠苔藓 Syntrichia caninervis 中脱落酸 (ABA) 的检测及 ABA 相关基因的表达谱
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Bryology
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    张一弓;刘秀瑾;管开云;张道远
  • 通讯作者:
    张道远
Differential fragment regeneration in Syntrichia caninervis Mitt. from the Gurbantunggut Desert of China
Syntrichia caninervis Mitt 中的差异片段再生。
  • DOI:
    10.1080/03736687.2018.1460519
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Bryology,
  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
    张道远
植物维生素E合成酶基因克隆及其逆境生理研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    草业学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张丽静;傅华;张一弓
  • 通讯作者:
    张一弓

其他文献

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张一弓的其他基金

齿肋赤藓E3泛素连接酶ScPRT1调控ScABI3降解介导苔藓耐干性研究
  • 批准号:
    32360095
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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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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