棉花抗坏血酸氧化酶催化的质外体氧化信号累积参与纤维伸长发育的作用机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31660408
  • 项目类别：
    地区科学基金项目
  • 资助金额：
    39.0万
  • 负责人：
    李鸿彬
  • 依托单位：
    石河子大学
  • 学科分类：
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Oxidative signal accumulation in the apoplast plays an important role in cell elongation development. Ascorbate oxidase (AO) can produce a similar effect of oxygen burst by oxidizing reduced ascorbate acid in the apoplast, and is the key factor determining the apoplast oxidation state. However, no related research results were reported in cotton fiber development. In our previous study, we cloned a apoplastic GhAO gene, GhAO was localized in cell wall, the expression of cotton apoplastic GhAO was closely interrelated with cotton fiber elongation development, and overexpression of GhAO gene could promote cell elongation of cultured BY2 cells significantly. Based on the research results, the purpose of this project is to elucidate the molecular mechanism of apoplast oxidative signal accumulation catalyzed by ascorbate oxidase involving in fiber elongation development. In this study, following research works will be performed: to clone apoplast localized GhAO genes and their promoter sequences; to study the promoter feature and function of cis-acting element participating in auxin response; to analyze GhAO expression profiles during fiber development stages; to investigate GhAO functions in cell elongation development via Arabidopsis T-DNA insertion mutants; to research expression characteristics and signal transduction regulation of GhAO resopnding to auxin through in vitro treatment of IAA or NPA; Using mutant and overexpression GhAO Arabidopsis plants as subjects to study changes of intracellular apoplast redox status and alterations of cell wall; utilizing transgenic cotton to explore GhAO functions in regulating cotton fiber development. This study will provide the foundations for fiber development mechanism elucidation and premium quality cotton breeding.
质外体中氧化信号累积在细胞伸长发育中发挥重要作用。抗坏血酸氧化酶AO能够氧化质外体中的抗坏血酸产生类似氧化爆发的作用，是决定质外体氧化状态的关键因子。相关研究在棉纤维发育中鲜有报道。我们前期研究中克隆得到一个棉花质外体GhAO基因，GhAO定位于细胞壁，该基因的表达与纤维伸长发育密切相关，过表达GhAO显著促进烟草细胞的伸长。在此基础上，本项目旨在研究GhAO催化的质外体氧化信号累积参与纤维发育的作用机制。拟开展如下工作：克隆GhAO基因及其启动子，分析启动子的特征和响应生长素元件的功能，分析GhAO参与纤维发育的表达特征；利用拟南芥突变体验证GhAO参与细胞发育的功能；外源施加生长素或其抑制剂分析GhAO参与生长素的表达特征和信号转导调控；在拟南芥中改变GhAO的表达分析细胞壁变化；转基因棉花研究GhAO参与纤维发育的功能；为棉纤维发育机制解析和优质棉花新材料培育提供参考。

结项摘要

一、项目背景. 质外体是连接从外界环境到细胞内的桥梁，能够作为受体感受外界环境的代谢信息，在细胞生长、信号转导等方面发挥着关键作用。抗坏血酸是质外体中唯一的可变的抗氧化缓冲物质，抗坏血酸氧化酶（AO）决定质外体氧化信号的唯一关键酶，可以通过氧化抗坏血酸进而调控质外体的氧化/还原状态，进而影响植物细胞感受并传导外界变化和启动激素信号转导途径枢纽。本项目拟主要展AO及其催化的质外体氧化参与细胞伸长发育的机制研究，本项目研究结果对于棉纤维发育分子机制解析及进一步利用基因工程技术培育优质的棉花新材料具有重要的理论研究意义和潜在的生产应用价值。. 二、主要研究内容. 主要开展五方面的内容：GhAO基因的筛选、克隆及表达特征分析；GhAO基因参与细胞发育的功能验证；GhAO响应生长素介导的信号转导调控分析；GhAO影响细胞壁变化的功能分析；转基因棉花研究GhAO基因参与纤维伸长发育的功能。. 三、重要结果. 1. 棉花AO家族基因的鉴定和特征分析。. 鉴定获得了8个GhAO基因，并对他们的染色体定位、基因结构、保守的酶催化结构域、进化等进行了广泛地生物信息学分析；GhAO1A、GhAO1D在纤维发育起始期表达两十分显著，此外在根、茎、花瓣组织中具有较高的表达，暗示了这2个基因可能在纤维发育及组织器官发育中发挥着重要作用。. 2. GhAO1D促进烟草悬浮细胞伸长发育。.GhAO1D基因在棉纤维发育时期显著表达；在烟草BY-2悬浮细胞中过量表达GhAO1D显著促进了细胞的伸长发育。GhAO1D可能通过其启动子中包含的生长素响应元件受生长素的调控进而影响细胞的氧化还原状态及钙离子通道基因的表达，进一步促进细胞伸长发育。. 3. GhAO1A调控植物开花发育。. GhAO1A在花组织中显著表达，并在暗处理后的光恢复过程中表现出迅速的响应变化。GhAO1A可能通过影响细胞对活性氧的敏感度、开花基因的表达等进而调控植物的开花过程。. 4. 棉花的遗传转化。. 构建E6-GhAO1D过量表达载体，通过农杆菌介导的花粉管通道法转化陆地棉新陆早33号。经筛选鉴定后的转基因棉花材料的纤维长度获得了显著的提升。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
棉花腈水解酶基因GhNIT响应非生物胁迫和激素的表达分析
  • DOI：
    10.13880/j.cnki.65-1174/n.2018.04.008
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    石河子大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    潘泽;李鸿彬
  • 通讯作者：
    李鸿彬
棉纤维醛酮还原酶基因促进拟南芥主根伸长
  • DOI：
    10.13880/j.cnki.65-1174/n.2017.05.015
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    石河子大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨洋;李鸿彬
  • 通讯作者：
    李鸿彬
GhVTC1, the Key Gene for Ascorbate Biosynthesis in Gossypium hirsutum, Involves in Cell Elongation under Control of Ethylene
GhVTC1 是陆地棉抗坏血酸生物合成的关键基因，在乙烯控制下参与细胞伸长
  • DOI：
    10.3390/cells8091039
  • 发表时间：
    2019-09-01
  • 期刊：
    CELLS
  • 影响因子：
    6
  • 作者：
    Song, Wangyang;Wang, Fei;Li, Hongbin
  • 通讯作者：
    Li, Hongbin
Cotton Ascorbate Oxidase Promotes Cell Growth in Cultured Tobacco Bright Yellow-2 Cells through Generation of Apoplast Oxidation.
棉花抗坏血酸氧化酶通过质外体氧化促进培养的烟草 Bright Yellow-2 细胞的细胞生长
  • DOI：
    10.3390/ijms18071346
  • 发表时间：
    2017-06-23
  • 期刊：
    International journal of molecular sciences
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Li R;Xin S;Tao C;Jin X;Li H
  • 通讯作者：
    Li H
A Gossypium hirsutum GDSL lipase/hydrolase gene (GhGLIP) appears to be involved in promoting seed growth in Arabidopsis.
陆地棉 GDSL 脂肪酶/水解酶基因 (GhGLIP) 似乎参与促进拟南芥种子生长
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0195556
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    PloS one
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Ma R;Yuan H;An J;Hao X;Li H
  • 通讯作者：
    Li H

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  • 通讯作者：
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    --
  • 发表时间：
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  • 通讯作者：
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陆地棉GDP-L-半乳糖磷酸化酶基因启动子的克隆及活性分析
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    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    石河子大学学报（自然科学版）
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    梁卓;安晶;潘泽;李鸿彬
  • 通讯作者：
    李鸿彬

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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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