复苏植物牛耳草耐脱水性获得与维持过程的代谢调控网络分析

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31800212
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    29.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0205.植物与环境互作
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The Gesneriaceae resurrection plant species Boea hygrometrica is able to survive moderate water loss up to 95% relative water content and acquired desiccation tolerance to rapid dehydration after drought acclimation, thus serves as a model system to investigate the response mechanism to severe dehydration as well as the study of the drought-resistance genes. Recent studies have revealed large-scale reprogramming of the B. hygrometrica transcriptome associated with multiple primary and secondary metabolism in response to desiccation and rehydration, yet, the mechanism for metabolic regulation remains practically unknown. This project will apply a comprehensive metabolome study during the acquisition and maintenance of desiccation tolerance in B. hygrometrica leaves, DNA methylome and transcriptome-based regulatory network analysis of metabolism, as well as in vivo functional verification of desiccation tolerance-related genes and corresponding metabolites. Systematic methods and techniques such as multi-omic data integration, plant transgenic, physiological and biochemical analyses will be used to illustrate the metabolic regulation networks during the process of plant adaptation to drought stress. Consequently, the results of this project tends to unravel the comprehensive mechanism of drought resistance in plants and will provide a theoretical foundation in breeding of drought-resistant crops.
苦苣苔科复苏植物牛耳草具有极强的干旱抗性,脱水95%以上仍能存活,且经历土壤慢速干旱锻炼后能够获得并维持耐快速脱水能力,是研究植物抗旱机制和挖掘抗旱基因的理想材料。前期研究发现,牛耳草在脱水和复水过程中,大量初生以及次生代谢途径相关基因的表达发生显著变化,但其代谢产物积累及调控机理尚不明确。本项目拟在前期工作的基础上,以干旱锻炼诱导的牛耳草耐脱水性获得及维持体系为实验对象,着重开展以下三方面的研究:(1)检测牛耳草干旱锻炼过程的代谢组变化,筛选关键代谢物质;(2)结合基因组DNA甲基化和转录组数据,分析牛耳草耐脱水性获得及维持过程的代谢调控网络并筛选关键调控基因;(3)通过体外处理及转基因手段验证关键基因及其相应代谢物质的抗旱功能。以上研究拟采用多组学联合分析、转基因以及生理生化检测等方法,系统阐明植物干旱逆境适应的代谢调控网络,为进一步揭示植物抗旱分子机制以及作物抗逆育种提供理论依据。

结项摘要

苦苣苔科复苏植物牛耳草具有极强的干旱抗性,脱水95%以上仍能存活,且经历土壤慢速干旱锻炼后能够获得耐快速脱水能力,是研究植物抗旱机制和挖掘抗旱基因的理想材料。为了阐明干旱锻炼诱导的牛耳草耐快速脱水能力获得的分子基础,我们分析了牛耳草种子苗在土壤慢速干旱、复水以及干旱锻炼和未锻炼植株空气快速干旱过程的转录组变化。差异表达基因生物途径分析表明,干旱锻炼响应基因显著富集于植物激素信号转导以及初生代谢和次生代谢途径,表明牛耳草干旱锻炼过程涉及激素调控的代谢重组。基于基因表达谱分析结果,我们对牛耳草干旱锻炼和快速脱水胁迫过程的激素变化进行定量分析,并利用UPLC-MS/MS技术对植物材料进行广泛靶向代谢组分析。结果表明,顺式玉米素和反式玉米素两种类型细胞分裂素的含量在干旱锻炼和未锻炼植株空气快速干旱响应过程均升高,但变化程度在干旱锻炼植株中更显著;寡糖、类黄酮、香豆素、吲哚-3-甲醛、L-酪胺和鸟苷等22种代谢物质在干旱锻炼植株中的积累显著高于未锻炼植株,因此可作为耐快速脱水性相关生物标记。体外处理实验证明,外施蔗糖、海藻糖、异麦芽酮糖和乳糖等寡糖类物质均能显著提高牛耳草种子苗耐脱水能力,而吲哚-3-甲醛对牛耳草抗旱性无作用。此外,我们通过加权基因共表达网络分析筛选获得两个生物标记相关基因模块的核心基因,分别编码vacuolar protein sorting-associated protein 41和eukaryotic translation initiation factor 2D。本研究证明了干旱锻炼诱导的细胞分裂素和寡糖积累对牛耳草耐脱水性的重要影响,以上结果为揭示干旱锻炼诱导的植物抗旱性分子机理提供新证据,为作物抗旱栽培管理和分子育种技术提供新思路。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
DNA methylation-mediated modulation of rapid desiccation tolerance acquisition and dehydration stress memory in the resurrection plant Boea hygrometrica
DNA甲基化介导的复活植物Boea hygrometrica快速干燥耐受性获得和脱水应激记忆的调节
  • DOI:
    10.1186/s13063-019-3621-z
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    PLoS Genetics
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Run-Ze Sun;Jie Liu;Yuan-Yuan Wang;Xin Deng
  • 通讯作者:
    Xin Deng

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其他文献

基于数据挖掘的黄河中游典型流域次洪最大含沙量预报
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    水电能源科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余煌浩;孙润泽;李彬权
  • 通讯作者:
    李彬权

其他文献

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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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