截形苜蓿中结瘤因子水解酶及其多功能同源蛋白的功能分析

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670241
  • 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:
    C0203.植物光合与固氮
  • 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

Biological nitrogen-fixation of rhizobia in root nodules of legumes is an environmentally friendly alternative for the use of synthetic nitrogen fertilizer. Hence, it is very important to understand molecular mechanisms that allow legumes to distinguish between mutualistic symbionts and plant pathogens. Bacterial infection depends on rhizobial nodulation signals (Nod factors; lipo-chitooligosaccharides), whose levels are controlled by host enzymes. The applicant’s laboratory has identified MtNFH1, a symbiosis-related Nod factor hydrolase of the model legume Medicago truncatula (Tian et al., 2013, Plant Physiology 163: 1179-1190). The enzyme specifically cleaves Nod factors of Sinorhizobium meliloti and is structurally related to defense-related class 5 chitinases, namely MtCHIT5b. The Nod factor hydrolase exclusively releases lipo-disaccharides from Nod factors, but lacks activity towards chitin or non-modified chitin oligosaccharides. A homology model of the Nod factor-enzyme interaction suggests a substrate binding pocket with a distinct fatty acid binding cleft (formed by loops A and B of MtNFH1). In contrast, the chitinase MtCHIT5b does not cleave Nod factors but substitutions of amino acid residues in either loop A or B converts this enzyme into a Nod factor cleaving enzyme (Zhang et al., 2016 submitted). These results support the view that MtNFH1 evolved from MtCHIT5b by gene duplication and subsequent neo-functionalisation. In this proposal, we propose molecular work on the Nod factor hydrolase and related proteins in M. truncatula. Gene knockout plants of M. truncatula will be characterized to analyze the biological role of MtNFH1 and heterofunctional homologs during symbiosis, plant development and plant defense, respectively. In parallel, temporal and spatial expression analysis as well as subcellular localization studies will be performed. We also will biochemically characterize the MtNFH1 homologs with respect to their carbohydrate-protein interactions. Furthermore, we will engineer novel protein versions with modified activities. Finally, we plan to crystallize the Nod factor hydrolase of M. truncatula together with its bound Nod factor substrate in order to confirm the structure predictions obtained by homology modeling. The findings of this project will increase our knowledge on evolution of proteins presumably involved in nodulation, plant development and plant defense.
生物固氮中了解宿主植物识别共生的机制非常关键。根瘤菌的入侵依赖于它的结瘤信号/因子,宿主分泌的酶调控这信号的浓度但其机制仍不清楚。前期我们发表文章报道鉴定出一个结瘤因子水解酶MtNFH1能特异地剪切结瘤因子但却不能水解几丁质,并在结构上与防御相关的V类几丁质酶即MtCHIT5b相似,模型展示它有一个底物结合口袋及一个脂肪酸结合狭缝。而MtCHIT5b不能剪切结瘤因子,但当狭缝处的氨基酸替换后则可。故我们提出MtNFH1是由MtCHIT5b通过基因复制后获得新功能进化而来。本项目拟构建基因敲除植物来探讨该酶及其相关蛋白在共生、植物发育及防御中的功能;研究时空表达和亚细胞定位;分析有关糖和蛋白的互作方式并构造一个新的有活性的蛋白;最后通过蛋白结晶以验证同源建模的预测。所得的结果不仅提高我们对结瘤、植物发育和和防御相关领域的认知,有助于我们更好地理解蛋白进化,还可为扩大宿主范围提供新的理论基础。

结项摘要

豆科植物与根瘤菌互利共生关系的建立取决于一种重要的信号分子―根瘤菌分泌的结瘤因子。结瘤因子是一种脂质几丁质寡聚糖。然而结瘤因子在共生过程的调控机制及其生物学功能一直是亟待解决的问题。在本课题研究中,我们发现了截形苜蓿中能够特异性水解结瘤因子的水解酶MtNFH1,并对其在共生过程中的生物学功能进行了详尽的解析。本课题通过构建基因敲除植物来探讨该酶及其相关蛋白在共生、植物发育及防御中的功能;研究时空表达和亚细胞定位;分析有关糖和蛋白的互作方式并构造一个新的有活性的蛋白;最后通过蛋白结晶以验证同源建模的预测。所得的结果不仅提高我们对结瘤、植物发育和和防御相关领域的认知,有助于我们更好地理解蛋白进化,还可为扩大宿主范围提供新的理论基础。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(2)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Role of the Nod Factor Hydrolase MtNFH1 in Regulating Nod Factor Levels during Rhizobial Infection and in Mature Nodules of Medicago truncatula
Nod因子水解酶MtNFH1在根瘤菌感染期间和蒺藜苜蓿成熟根瘤中调节Nod因子水平的作用
  • DOI:
    10.1105/tpc.17.00420
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Plant Cell
  • 影响因子:
    11.6
  • 作者:
    Cai Jie;Zhang Lan-Yue;Liu Wei;Tian Ye;Xiong Jin-Song;Wang Yi-Han;Li Ru-Jie;Li Hao-Ming;Wen Jiangqi;Mysore Kirankumar S.;Boller Thomas;Xie Zhi-Ping;Staehelin Christian
  • 通讯作者:
    Staehelin Christian
LYK4 is a component of a tripartite chitin receptor complex in Arabidopsis thaliana
LYK4 是拟南芥三联几丁质受体复合物的一个组成部分
  • DOI:
    10.1093/jxb/erz313
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Experimental Botany
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Xue De-Xing;Li Chun-Lian;Xie Zhi-Ping;Staehelin Christian
  • 通讯作者:
    Staehelin Christian
A method for functional testing constitutive and ligand-induced interactions of lysin motif receptor proteins
一种功能测试溶素基序受体蛋白的组成型和配体诱导的相互作用的方法
  • DOI:
    10.1186/1297-9716-43-71
  • 发表时间:
    2012-10-19
  • 期刊:
    Plant Methods
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Bin Tarif A;Lasecka L;Holzer B;Baron MD
  • 通讯作者:
    Baron MD

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其他文献

Regulation of cysteine residues in LsrB proteins from Sinorhizobium meliloti under free-living and symbiotic oxidative stress
苜蓿中华根瘤菌LsrB蛋白半胱氨酸残基在自由生活和共生氧化应激下的调控
  • DOI:
    10.1111/1462-2920.13992
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Environmental Microbiology
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Guirong Tang;Shenghui Xing;Sunjun Wang;Liangliang Yu;Xuan Li;Christian Staehelin;Menghua Yang;Li Luo
  • 通讯作者:
    Li Luo
Biochemical properties and in planta effects of NopM, a rhizobial E3 ubiquitin ligase. The Journal of Biological Chemistry
NopM(一种根瘤菌 E3 泛素连接酶)的生化特性及其在植物中的作用。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    The Journal of Biological Chemistry
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chang-chao Xu;Di Zhang;Dagmar R.Hann;Zhi-Ping Xie;Christian Staehelin
  • 通讯作者:
    Christian Staehelin
Bradyrhizobium sp. strain ORS278 promotes rice growth and its quorum sensing system is required for optimal root colonization.
慢生根瘤菌 sp.
  • DOI:
    10.1111/1758-2229.12885
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental microbiology reports
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Wenjie Cai;Fuwen Ou;Christian Staehelin;Weijun Dai
  • 通讯作者:
    Weijun Dai
The Small GTPase ROP10 of Medicago truncatula Is Required for Both Tip Growth of Root Hairs and Nod Factor-Induced Root Hair Deformation
蒺藜苜蓿的小 GTP 酶 ROP10 是根毛尖端生长和点头因子引起的根毛变形所必需的
  • DOI:
    10.1105/tpc.114.135210
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Plant Cell
  • 影响因子:
    11.6
  • 作者:
    Jiang-Qi Wen;Zhi-Ping Xie;Christian Staehelin;Yan-zhang Wang
  • 通讯作者:
    Yan-zhang Wang
The genome of Ensifer alkalisoli YIC4027 provides insights for host specificity and environmental adaptations
Ensifer碱性体YIC4027的基因组为宿主特异性和环境适应提供了见解
  • DOI:
    10.1186/s12864-019-6004-7
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    BMC Genomics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Xiaoxiao Dang;Zhihong Xie;Wei Liu;Yu Sun;Xiaolin Liu;Yongqiang Zhu;Christian Staehelin
  • 通讯作者:
    Christian Staehelin

其他文献

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Christian Staehelin的其他基金

水解酶和N-乙酰氨基葡萄糖转运蛋白在结瘤和丛枝菌根共生中应答调节的作用
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新根瘤菌III型因子和植物蛋白受体的鉴定以及在宿主特异性结瘤过程中的作用
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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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