中国野生拟南芥适应不同生境温度的分子机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91331201
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    350.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C02.植物学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Plants have gradually adapted to the temperatures of habitats in the process of evolution. The populations of Arabidopsis thaliana along the Yangtze River originated from a most recent common ancestor and are located at the most southeastern edge of the global distribution range of the species. Previous studies by this applicant revealed that the sequence variation of transcription factors CBF1~3 was one of the major causes of differentiation of freezing tolerance among these populations, and that the survival rates of the populations under high-temperature were significantly correlated to the average temperature of the growing season at the habitats where they naturally grew. In this proposal, in order to address the scientific question “what is the evolutionary significance of the variations in CBF1~3 during the process of adaptation to low-temperature in these populations?”, this applicant proposes to sequence the CBF1~3 in all populations along the Yangtze River (more than 5 individuals per population will be selected), and these sequences will be classified into different haplotypes together with the samples of some representative populations from locations outside China. A molecular evolution analysis on the sequences of CBF1~3 and the transactivation activities of CBF1~3 will be examined for each haplotype. To elucidate the mechanism for differentiation of the heat-tolerance in plants, the applicant proposes to analyze the heat-treated transcriptome of some representative populations both along the Yangtze River and in other localities by RNAseq method. QTL-mapping will be adopted to identify the genetic loci responsible for significantly expressed in some populations but not in other populations. Candidate genes will be selected based on the transcriptome and QTLs, and the correlation among their sequences, functions, molecular-evolutionary characteristics, and high temperature-tolerance will be analyzed. It is hoped that a molecular mechanism of adaptation of the populations along the Yangtze River to high temperatures will be revealed.
植物在长期演化过程中逐步适应了其生境的温度。长江流域的拟南芥居群起源于一个最近的共同祖先,并处于该物种全球分布区的东南边缘。申请人前期对这些居群的耐冻能力以及高温下的生存能力进行了初步研究,发现转录因子CBF1~3的变化是这些居群耐冻能力分化的主要原因之一,这些居群在高温下的存活率与其生境的平均温度显著相关。本申请计划在前期研究的基础上采用遗传学、生化及分子生物学、分子演化分析等手段,对长江流域及全世界各生境中代表性居群的CBF1~3 DNA序列、基因选择压力、蛋白激活活性等进行研究,以揭示这些居群中CBFs在适应环境低温中的作用。通过RNA-seq等技术对代表性居群中高温响应基因表达谱进行分析,结合QTL作图等方法研究热响应差异的分子基础,用遗传学、生化及分子生物学等方法对筛选到的关键候选基因进行DNA序列、蛋白功能、基因选择压力等方面的研究,初步揭示这些居群对环境高温适应的分子机制。

结项摘要

拟南芥是一种在世界范围内广泛分布的短命植物,其生境的气候条件有着很大的差异。在自然选择的驱动下,植物会发生适应性演化。中国长江流域的拟南芥居群起源于一个最近的共同祖先,并处于该物种欧亚大陆分布区的东南边缘。本项目采用遗传学、生物化学、分子生物学、生物信息学、分子演化分析等手段,对中国野生拟南芥环境适应的分子机制进行了一系列深入的研究。.用CRISPR技术研究发现,冷响应途径中的三个CBF转录因子(CBF1~3)分别调控了各自的下游基因,既有特异、又有重叠的成分,它们共同行使功能,形成一个复杂的转录调控网络,在植物应答低温逆境中发挥重要作用。对长江流域拟南芥耐受低温的研究发现, CBF1~3存在多态性,其功能的差异与植株的耐冷能力以及地理分布相关,暗示了它们受到不同程度的选择压力,这样的变化对世界范围内自然居群的适应性起到了重要贡献。不同生境的野生居群可能拥有不同的机制调控其生活史,如对西藏高原拟南芥的研究发现,其种子萌发滞后,避开了低温的冬季,导致演化出了多个性状来适应新的生活史。.综上研究结果表明,植物适应新环境的过程是非常精细、复杂和多样的,对其分子机制的探索不但能进一步加深对适应性演化过程的理解,同时也可能找到更多在胁迫环境下具有适应性意义的基因。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The precise regulation of different COR genes by individual CBF transcription factors in Arabidopsis thaliana
拟南芥个体CBF转录因子对不同COR基因的精确调控
  • DOI:
    10.1111/jipb.12515
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Integrative Plant Biology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Shi Yihao;Huang Jiaying;Sun Tianshu;Wang Xuefei;Zhu Chenqi;Ai Yuxi;Gu Hongya
  • 通讯作者:
    Gu Hongya
CFLAP1 and CFLAP2 Are Two bHLH Transcription Factors Participating in Synergistic Regulation of AtCFL1-Mediated Cuticle Development in Arabidopsis
CFLAP1 和 CFLAP2 是两种 bHLH 转录因子,参与拟南芥 AtCFL1 介导的角质层发育的协同调节
  • DOI:
    10.1371/journal.pgen.1005744
  • 发表时间:
    2016-01
  • 期刊:
    PLOS GENETICS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li S;Wang X;He S;Li J;Huang Q;Imaizumi T;Qu L;Qin G;Qu LJ;Gu H
  • 通讯作者:
    Gu H

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其他文献

石珊瑚演化的18S rDNA分子生物学
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长江流域和西藏拟南芥适应性演化的遗传基础
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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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