多胺与乙烯对稻米氨基酸组分和含量的调控作用及其机理

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基本信息

  • 批准号:
    31901444
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1309.稻类作物栽培学
  • 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

Amino acids in rice grains are important nutrients for human. It is of great scientific significance to study the regulation effects and mechanisms of plant hormones on amino acid composition and content in rice grains in terms of illuminating the formation mechanism of nutritional quality and improvement of rice quality. Polyamines and ethylene are two important plant hormones, which have important regulation effects on the growth and development, yield formation, milling and appearance quality, and protein composition of rice. However, there is limited information available about the regulation effects and mechanisms of polyamines and ethylene and their interaction on amino acid composition and content in rice grains. Our project aims to use some rice varieties with different protein content as experimental materials to study the followings: (1) the changes in endogenous polyamines (free-putrescine, free-spermidine and free-spermine) and ethylene and their relationship with amino acid composition and content in rice grains during the grain filling period, (2) the changes in amino acid composition and content, activities of key enzymes and their related coding gene expression in rice grains in the formation of amino acids during the grain filling period, (3) whether amino acid composition and content could be improved in rice grains through changing endogenous polyamines and ethylene levels by fertilizer managements and chemical controls and what their regulatory principles are, thus to reveal the regulation effects and mechanisms of polyamines and ethylene on amino acid composition and content in rice grains, providing theoretical basis for genetic improvement and cultivation regulation.
稻米氨基酸是人们食用的重要营养成分。研究植物激素对稻米氨基酸组分和含量的调控作用与机理对于阐明稻米营养品质的形成机理与改良具有重要的科学意义。多胺与乙烯是两类重要的植物激素,对水稻生长发育、产量形成、稻米的加工与外观品质以及蛋白组分等具有重要调控作用。但有关多胺与乙烯及其相互作用对稻米氨基酸组分和含量的调控作用与机理,尚不清楚。本项目以蛋白质含量明显不同的水稻品种为材料,主要研究:(1)灌浆期籽粒内源多胺(腐胺、亚精胺和精胺)与乙烯的变化特点及其与稻米氨基酸组分和含量的关系,(2)灌浆期籽粒氨基酸组分和含量、氨基酸形成关键酶活性及其相关编码基因表达的变化特点,(3)通过改变内源多胺与乙烯水平进而改善稻米氨基酸组分与含量的化学、肥料调控途径及其机理,旨在揭示多胺与乙烯对稻米氨基酸组分和含量的调控作用及其机理,为稻米营养品质的遗传改良和栽培调控提供理论依据。

结项摘要

多胺(Polyamines, PAs)与乙烯(Ethylene, ETH)是两类重要的植物激素,对水稻生长发育、产量形成、稻米的加工与外观品质以及蛋白组分等具有重要调控作用。但有关PAs与ETH及其相互作用对稻米氨基酸组分和含量的调控作用与机理,尚不清楚。为阐明游离PAs与ETH对稻米氨基酸的调控作用及其机理,本研究以蛋白质含量明显不同的水稻品种(2个低蛋白品种、2个中蛋白品种和2个高蛋白品种)为材料,测定了灌浆期籽粒内源free-PAs[游离腐胺(free-Put)、亚精胺(free-Spd)、精胺(free-Spm)]和1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC, ETH合成前体)含量、乙烯释放速率(EER)、氨基酸合成关键酶活性以及精米中氨基酸含量,并观测了外源PAs和ETH相关物质、不同施氮量处理对2个中蛋白水稻品种灌浆籽粒内源free-PAs与ETH水平、氨基酸合成关键酶活性及相关编码基因的表达以及稻米氨基酸含量的影响。结果显示:(1)籽粒中free-Spd和free-Spm含量较高、EER和ACC含量较低的水稻品种,其稻米氨基酸含量较高;(2)籽粒中free-Spd和free-Spm含量及其与ACC含量的比值与稻米氨基酸含量及其合成关键酶 [谷氨酸合成酶(GOGAT)、天冬氨酸转氨酶(AST)和丙氨酸转氨酶(ALT)]活性或相关基因表达水平呈极显著正相关,而EER和ACC含量与稻米氨基酸含量及其合成关键酶活性或相关基因表达水平呈极显著负相关;(3)外源施用Spd或Spm和乙烯利(一种ETH释放剂)于稻穗可分别提高和降低籽粒氨基酸合成关键酶活性及稻米氨基酸含量,而施用其抑制剂的作用则相反;(4)籽粒free-Spd和free-Spm含量、free-PAs/ACC比值以及稻米氨基酸含量均随施氮量的增加而增加,而EER和ACC含量则随增施氮肥而降低。结果表明,籽粒free-Spd和free-Spm可通过提高GOGAT、AST和ALT的活性加强籽粒中氨基酸的生物合成,ETH可通过抑制籽粒中GOGAT、AST和ALT的活性进而阻碍氨基酸的生物合成,而free-PAs和ETH主要通过拮抗作用介导施氮量对水稻籽粒氨基酸合成与积累的影响。本研究可为稻米营养品质的遗传改良和栽培调控提供理论依据与技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
High ethylene level impedes amino acid biosynthesis in rice grains
高乙烯水平阻碍米粒中氨基酸的生物合成
  • DOI:
    10.1007/s10725-021-00757-x
  • 发表时间:
    2021-10-13
  • 期刊:
    PLANT GROWTH REGULATION
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Xu, Yunji;Jian, Chaoqun;Yang, Jianchang
  • 通讯作者:
    Yang, Jianchang
多胺与乙烯对水稻籽粒灌浆、粒重和品质的调控作用
  • DOI:
    10.16819/j.1001-7216.2022.211010
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国水稻科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐云姬;唐树鹏;简超群;蔡文璐;张伟杨;王志琴;杨建昌
  • 通讯作者:
    杨建昌
The role of polyamines in regulating amino acid biosynthesis in rice grains
多胺在调节稻米氨基酸生物合成中的作用
  • DOI:
    10.1002/fes3.306
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Food and Energy Security
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yunji Xu;Chaoqun Jian;Ke Li;Yinfang Tian;Kuanyu Zhu;Weiyang Zhang;Weilu Wang;Zhiqin Wang;Jianchang Yang
  • 通讯作者:
    Jianchang Yang
Polyamines and ethylene interact in mediating the effect of nitrogen rates on synthesis of amino acids in rice grains
多胺和乙烯相互作用介导氮用量对稻谷氨基酸合成的影响
  • DOI:
    10.1002/fes3.408
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
    Food and Energy Security
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yunji Xu;Shupeng Tang;Chaoqun Jian;Yang Liu;Ke Li;Kuanyu Zhu;Weiyang Zhang;Weilu Wang;Zhiqin Wang;Jianchang Yang
  • 通讯作者:
    Jianchang Yang

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其他文献

不同灌溉方式下的水稻群体质量
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    徐云姬;李银银;钱希旸;王志琴;杨建昌
  • 通讯作者:
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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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