外源氰化物(CN-)作为植物生长辅助氮源对水稻幼苗脯氨酸合成和代谢的影响

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877493
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0708.生态毒理学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Free cyanide (CN-) is an extremely toxic chemical which arises from a diverse range of natural and industrial sources. Detoxification of cyanide by plants is an enzymatic process, in which CN- is converted into final products asparagine and ammonium. Further phyto-assimilation of ammonium in the presence of the substrate glutamate catalyzed by the enzyme glutamine synthase (GS) is a key step involved in nitrogen metabolism. However, the substrate glutamate is also an essential element participated in proline biosynthesis in plants. This project is intended to investigate the important of glutamate cross-talk in proline biosynthesis and ammonium assimilation during CN- detoxification using isotope techniques and real-time quantitative PCR. The objectives of this study are to: i) investigate uptake, accumulation, and assimilation of 15N labeled ammonium during CN- detoxification by rice seedlings; ii) clarify exogenous CN- as supplementary nitrogen source to support growth of rice seedlings using RT-PCR analysis; iii) investigate mRNA changes of all possible genes involved in CN- detoxification and ammonium assimilation; iv) investigate effects of exogenous CN- on proline biosynthesis and assimilation at mRNA level; v) clarify possible regulation mechanisms involved in CN- detoxification, ammonium assimilation and proline biosynthesis in plants.
植物降解外源氰化物(CN-)的代谢产物是天冬酰胺和铵态氮(NH4-N),后者进入植物的氮代谢需在谷氨酰胺合成酶(GS)的作用下消耗ATP催化底物(谷氨酸)和NH4-N合成谷氨酰胺,而谷氨酸也是植物体内脯氨酸合成的主要底物。本项目基于外源CN-代谢、NH4-N代谢和脯氨酸合成代谢这三个代谢过程的交叉点,从转录水平上深入探讨和解析外源CN-作为植物生长辅助氮源对水稻幼苗脯氨酸合成和代谢的影响,明确这三个代谢过程的交叉调控机制,为外源CN-的生物可利用性提供科学依据。

结项摘要

农业生态系统中氰化物(CN−)污染会影响水稻的氨基酸代谢,从而降低水稻的品质和产量。基于UPLC定量分析结合生理生化和PCR测试, “KCN + NO3-”处理的水稻幼苗体内Glu途径对Pro合成有显著贡献; “KCN +NH4+”处理的水稻幼苗,Orn途径控制着Pro的合成;PCR分析结合生物信息学分析显示,“KCN +NH4+”处理中参与调控Pro合成和代谢的基因差异表达的时空差异变化模式比“KCN + NO3-”处理更加显著;外源KCN处理水稻体内的Pro含量具有平衡不同氮营养条件下Pro和其关联氨基酸之间通量的作用。氨基酸靶向代谢组学分析不同氮源条件下外源KCN对水稻幼苗不同组织中氨基酸含量的影响并计算具有较高相对重要指数值的氨基酸,不同氮远条件下外源KCN处理水稻幼苗体内具有较高相对重要指数值的常见氨基酸存在很大差异,显示其在不同氮源条件下的氮素利用策略。水稻幼苗可以有效吸和同化收介质中添加的外源KCN,NH4+培育水稻幼苗对KCN的同化率明显高于NO3-培育水稻幼苗;添加KCN降低了水稻幼苗对NO3-的吸收和同化,而对水稻幼苗NH4+吸收和同化的影响可以忽略不计;中高浓度的KCN对NH4+和NO3-培育的水稻幼苗的生长具有抑制作用,但无毒浓度的KCN可作为植物营养和氮代谢的补充氮源。施加NH4+对水稻幼苗体内Pro积累的作用要大于NO3-和无氮处理,水稻幼苗体内Pro的含量与施加的NH4+量之间存在正相关性,与NO3-的施加量无关;单独施加Arg和Glu都会显著提高水稻幼苗体内Pro的含量,且前者比后者效果更佳;“Arg/Glu+ NH4+/NO3-(39.5 mg N/L)”处理组水稻幼苗体内Pro的含量显著降低;尽管单独施加的NH4+对水稻幼苗叶片中内源Pro合成的贡献非常明显,但添加外源KCN后会明显抑制内源Pro的合成。Agilent 4×44K水稻基因芯片技术分析外源KCN处理水稻幼苗不同组织中全基因组的的表达模式具有明显的组织特异性;差异表达基因功能(COG)预测结果显示叶和根中差异表达基因分别匹配到22个COG条目中,其中在5个COG条目中富集的基因个数最多;不同组织中同一COG条目下的基因都有显著差异,表明KCN胁迫在水稻幼苗体内的反应和调节机制有明显的组织特异性。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Transcriptome analysis of cyanide-treated rice seedlings: insights into gene functional classifications
氰化物处理稻苗的转录组分析:深入了解基因功能分类
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Life
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cheng-Zhi Li;Yu-Juan Lin;Xiao-Zhang Yu
  • 通讯作者:
    Xiao-Zhang Yu
超高效液相色谱-串联质谱法快速测定水稻中的13种植物激素含量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    现代食品科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张庆;李诚至;林钰涓;于晓章
  • 通讯作者:
    于晓章
Spatial-temporal variations of proline and related amino acids elucidate different nitrogenous utilization strategies in rice during detoxification of exogenous cyanide
脯氨酸和相关氨基酸的时空变化阐明了水稻在外源氰化物解毒过程中不同的氮利用策略
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemico-Biological Interactions
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Yu-Xi Feng;Cheng-Zhi Li;Li Yang;Xiao-Zhang Yu
  • 通讯作者:
    Xiao-Zhang Yu
Assessment of ammonium fertilization as a stimulus for proline accumulation in Oryza sativa L. during cyanide assimilation
氰化物同化过程中铵肥对水稻脯氨酸积累刺激的评估
  • DOI:
    10.1007/s13762-020-02686-0
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wei Liu;Xiao-Zhang Yu;Sheng-Yu Lei;Li Yang;Yan-Peng Liang
  • 通讯作者:
    Yan-Peng Liang
Assimilation of exogenous cyanide cross talk in Oryza sativa L. to the key nodes in nitrogen metabolism
水稻外源氰化物串扰与氮代谢关键节点的同化
  • DOI:
    10.1007/s10646-020-02265-6
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Ecotoxicology
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Cheng-Zhi Li;Li Yang;Yu-Juan Lin;Hua Zhang;Saeed Rad;Xiao-Zhang Yu
  • 通讯作者:
    Xiao-Zhang Yu

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  • 通讯作者:
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    --
  • 发表时间:
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    --
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  • 通讯作者:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    邵继海
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Ecotoxicology
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    于晓章;彭晓英;邢利群
  • 通讯作者:
    邢利群

其他文献

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于晓章的其他基金

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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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