木豆激酶CIPK14介导的微丝蛋白ADF2促进根毛生长抗旱分子机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901281
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1605.树木生物学
  • 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

As an important stress-responsive kinase, CIPK can improve plant drought resistance by promoting polar growth of root hairs in pigeon pea, but its mechanism is still unclear.Previous studies have shown that CIPK14, the most capable of responding to drought stress, has been screened from 29 homologous genes of CIPK family in Pigeonpea, and the drought-resistant function of CIPK14 has been preliminarily verified by hairy-root transgenic system.CIPK14 was used as bait to screen the root cDNA library to obtain the interaction protein, and we found that ADF2 interacted with CIPK14 strongly and frequently. By analyzing the expression pattern of ADF2, we found that ADF2 was highly expressed in root hairs, and possessed actin severing activity. In view of this, this study first further verified the co-localization and interaction between CIPK14 and ADF2 in vivo. Secondly, the phosphorylation site of ADF2 was determined by mass spectrometry and point mutation.Further analysis of CIPK14 phosphorylated ADF2 regulates the activity of cutting microfilaments by F-actin immunofluorescence assay to analyze how to promotes the polar growth of root hairs, thereby improving the utilization of water by root hairs. Finally, hairy-root rapid transgenic system and CRISPR/Cas9 fixed-point knockout were used to verify their involvement in drought resistance in vivo.Ultimately, the molecular mechanism of drought-resistant root hair growth promoted by microfilament protein ADF2 mediated by CIPK14 in response to drought was clarified.
植物CIPK是重要的干旱响应因子,但其在林木中如何通过调控微丝骨架促进根毛极性生长提高林木抗旱性的分子机制尚不明确。在前期研究中,申请者利用生物信息学等方法从29个木豆CIPK家族基因中筛选获得影响干旱的CIPK14,hairy-root转基因分析初步确认了CIPK14的抗旱功能。为解析其分子信号通路,申请者以CIPK14为诱饵筛选酵母文库获得微丝蛋白ADF2,初步验证其在根毛中表达较高且具有微丝切割活性,可能参与CIPK14调控的根毛微丝生长与解聚过程。鉴于此,首先确定CIPK14与ADF2在体内共定位和互作关系;其次,通过质谱检测及点突变分析确定ADF2的磷酸化位点;微丝免疫荧光实验验证CIPK14能够磷酸化ADF2调控其切割微丝活性;最后,利用根部转基因和CRISPR验证CIPK14和ADF2在体内参与抗旱反应。最终阐明CIPK14磷酸化ADF2促进根毛生长提高其抗旱的分子机制。

结项摘要

植物CIPK是重要的干旱响应因子,但其在林木中如何通过调控微丝骨架促进根毛极性生长提高林木抗旱性的分子机制尚不明确。本项目严格按照任务书计划执行,并根据实验进展情况进行了拓展和延伸,相关研究成果发表在Plant Physiology、Plant Journal、Journal of Experimental Botany等植物学重要期刊上,其中第一标注2篇;授权国家发明专利1件;培养硕士研究生2人;本人完成副教授职称晋升和遴选为硕士生、博士生导师,顺利完成任务书各项指标。项目获得了三部分主要成果:第一,探究了微丝骨架蛋白在植物抗逆过程中的作用,在前期通过 CIPK14 筛选到ADF蛋白的基础之上,对ADF基因家族进行了系统分析。同时,通过改变不同浓度ADF以及外源施加不同浓度的次生代谢物金丝桃苷,探究了切割微丝的效率;第二,项目研究了外源性ABA影响木豆抗旱性的分子机制。在干旱条件下,木豆叶卷曲程度(LRI)显著增加到80%,施加ABA后,叶枯萎程度下降,存活率提高到约70%,增强了木豆的抗旱能力。同时,外源ABA可以促进气孔闭合,诱导转录因子表达水平提高,调节多个黄酮合成途径上关键基因的表达,最终引起代谢物的积累,从而产生抗旱性;第三,项目解析了CIPK14调节类黄酮生物合成提高植物耐旱的分子机制,筛选到CcCIPK13和CcCIPK14可能是木豆抗旱过程中的关键基因。通过酵母双杂交筛库,Y2H和BiFC实验验证,证明了CcCIPK14在体外表现出自磷酸化以及对下游互作蛋白的磷酸化。此外,进一步获得了CcCBL1的RNAi和过表达株系,证明了CcCIPK14-CcCBL通过促进类黄酮生物合成增强木豆的抗旱性,为加快木本植物抗旱基因功能研究和抗性新品种培育进程提供了理论支持。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Molecular mechanism of naringenin regulation on flavonoid biosynthesis to improve the salt tolerance in pigeon pea (Cajanus cajan (Linn.) Millsp.)
柚皮素调节类黄酮生物合成提高木豆耐盐性的分子机制
  • DOI:
    10.1016/j.plaphy.2023.02.002
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Plant Physiology and Biochemistry
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Mengying Wang;Biying Dong;Zhihua Song;Meng Qi;Ting Chen;Tingting Du;Hongyan Cao;Ni Liu;Dong Meng;Qing Yang;Yujie Fu
  • 通讯作者:
    Yujie Fu
木豆类黄酮代谢通路关键基因家族的鉴定与表达分析
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1674-7968.2021.12.003
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    农业生物技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜婷婷;宋治华;董碧莹;曹红燕;刘腾跃;杨琬珑;祁萌;陈婷;王梦莹;孟冬;杨清;付玉杰
  • 通讯作者:
    付玉杰
Screening of CBL genes in pigeon pea with focus on the functional analysis of CBL4 in abiotic stress tolerance and flavonoid biosynthesis
木豆CBL基因筛选,重点分析CBL4在非生物胁迫耐受和类黄酮生物合成中的功能分析
  • DOI:
    10.1016/j.envexpbot.2020.104102
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental and Experimental Botany
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Song Zhihua;Dong Biying;Yang Qing;Niu Lili;Li Hanghang;Cao Hongyan;Amin Rohul;Meng Dong;Fu Yujie
  • 通讯作者:
    Fu Yujie
木豆MYB-related亚家族基因鉴定及干旱胁迫下CcMYB-R48的功能解析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    农业生物技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张修齐;董碧莹;宋治华;杜婷婷;李娜;薛婧怡;曹红燕;王天翼;宋洋波;孟冬;杨清
  • 通讯作者:
    杨清
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不同环境胁迫下木豆肌动蛋白解聚因子家族的多维分析揭示了每个亚群的特定响应基因
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Functional Plant Biology
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Hongyan Cao;Rohul Amin;Lili Niu;Zhihua Song;Biying Dong;Hanghang Li;Li-Tao Wang;Dong Meng;Qing Yang;Yu-Jie Fu
  • 通讯作者:
    Yu-Jie Fu

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  • 作者:
    李娜;宋治华;范雨欣;董碧莹;曹红燕;杜婷婷;刘腾跃;杨琬珑;杨清;孟冬;付玉杰
  • 通讯作者:
    付玉杰

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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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