橡胶树干旱胁迫相关水通道蛋白基因的筛选与鉴定

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31700580
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1610.林木遗传育种
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Natural rubber (cis-1,4-polyisoprene) is an important industrial raw material with unique physical properties superior to petroleum-derived synthetic rubber. Among over 2,000 polyisoprene-producing plant species, brazilian rubber tree (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) is the only commercial source of natural rubber for its high production and quality of rubber. As a tropical rainforest plant native to Amazon basin, the rubber tree favors the high temperature and high humidity environment. However, trees transplanted in China are often suffered from dry periods, which severely affect the crop growth and latex production. Aquaporins (AQPs), a class of integral membrane proteins that facilitate the passive transport of water, are closely related to plant tolerance to drought stress. In our previous studies, 51 full-length AQP genes were identified from the rubber tree genome. To learn more about their roles in drought stress, in this project, a combination of physiological, biochemical and molecular biology research means are carrying out to identify the AQP genes involved in drought stress. The relationship between gene expression pattern and the drought resistance ability of different varieties is to be investigated using the qRT-PCR technique, and the water transport activity of AQP genes is to be tested with their heterologous expression in Xenopus laevis oocytes. Moreover, the application potential in plant breeding for stress tolerance is to be tested with their overexpression in Arabidopsis thaliana. This study promises to not only improve our knowledge on the molecular response of tropical tree species under drought stress, but also lay a basis for molecular breeding and the development of new drought resistant cultivation technology in Hevea.
天然橡胶是一种重要的工业原料和战略物资,其主要来源是巴西橡胶树。生产上,橡胶(顺-聚异戊二烯)通过用胶刀周期性地切割树皮收集胶乳而获得。与原产地(亚马逊河流域)高温高湿的优良环境相比,我国植胶区地处热带北缘,季节性干旱成为影响橡胶树生长与胶乳产量的关键因素。水通道蛋白(AQP)是一类高效转运水分子的膜内在蛋白。作为细胞间水分跨膜运输的主要通道,AQP与植物的抗旱能力密切相关。本项目基于前期从橡胶树基因组中鉴定的51个AQP基因,通过生理生化与分子生物学相结合的研究手段筛选干旱胁迫相关的AQP基因,研究其表达特性与品系抗旱能力的关系,运用蟾蜍卵母细胞鉴定其水分转运活性,并通过转基因技术探讨其在植物抗旱育种中的可能应用。项目的研究不仅可增进我们对热带木本植物响应干旱胁迫的分子认知,同时还可为抗旱分子育种和橡胶树新型抗旱栽培技术的研发提供理论基础和技术支撑。

结项摘要

我国植胶区地处热带北缘,季节性干旱是影响橡胶树生长与胶乳产量的关键因素。鉴于水通道蛋白(AQP)在植物抗旱中的关键作用,本项目系统分析了橡胶树AQP家族基因的进化特征和表达特性,并对干旱胁迫相关HbAQP基因进行了筛选,深入研究了其水分转运活性以及在抗旱分子育种中的潜力。比较基因组学分析显示,HbAQP基因随ρ全基因组重复而发生了明显的扩张,但其进化模式与共享ρ重复的木薯存在较大的差异;表达模式的分化可能是橡胶树旁系同源基因功能分化的主要原因。基于基因在不同组织、不同发育时期叶片以及响应低温和干旱胁迫的表达模式,研究筛选获得11个干旱胁迫相关的HbAQP基因,其中,HbPIP2;9同时受干旱和低温诱导。序列分析表明,HbPIP2;9编码区长843 bp,编码280个氨基酸,理论分子量和pI分别为29.84 kDa和6.51,含有两个保守的NPA基序以及利于水分转运的F-H-T-R芳香/精氨酸选择性滤孔(ar/R filter)和M-S-A-F-W Froger位点;与其表达模式一致的是,HbPIP2;9 1601 bp的启动子序列含有多个参与干旱(MBS)和低温(LTR)响应的顺式作用元件。体外分析显示,HbPIP2;9在蟾蜍卵母细胞中具有高效的水分转运活性,这与序列分析结果一致。进一步的转基因研究表明,与野生型拟南芥相比,过表达HbPIP2;9的T3代转基因纯合子的抗旱能力显著增强,显示其在植物抗旱育种中的应用潜力。本研究不仅为橡胶树和其他植物的抗旱分子育种提供了新的功能基因,并为进一步揭示橡胶树响应干旱的分子机制奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(2)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
橡胶树捕光叶绿素a/b结合蛋白基因CAB2的克隆与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    西南林业大学学报(自然科学)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阳江华;张希财;邹智
  • 通讯作者:
    邹智
Insights into genes encoding respiratory burst oxidase homologs (RBOHs) in rubber tree (Hevea brasiliensis Muell. Arg.)
深入了解橡胶树(Hevea brasiliensis Muell. Arg.)中编码呼吸爆发氧化酶同源物(RBOH)的基因
  • DOI:
    10.1016/j.indcrop.2018.11.005
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Ind Crop Prod
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zou Zhi;Yang Jianghua;Zhang Xicai
  • 通讯作者:
    Zhang Xicai
Genome-wide comparative analysis of papain-like cysteine protease family genes in castor bean and physic nut.
蓖麻子和物理坚果中木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶家族基因的全基因组比较分析
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-18760-6
  • 发表时间:
    2018-01-10
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zou Z;Huang Q;Xie G;Yang L
  • 通讯作者:
    Yang L
Genomics analysis of the light-harvesting chlorophyll a/b-binding (Lhc) superfamily in cassava (Manihot esculenta Crantz)
木薯 (Manihot esculenta Crantz) 光捕获叶绿素 a/b 结合 (Lhc) 超家族的基因组学分析
  • DOI:
    10.1016/j.gene.2019.03.071
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Gene
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Zou Zhi;Yang Jianghua
  • 通讯作者:
    Yang Jianghua
Genome-wide identification and characterization of the Dof gene family in cassava (Manihot esculenta)
木薯(Manihot esculenta)Dof 基因家族的全基因组鉴定和表征
  • DOI:
    10.1016/j.gene.2018.11.053
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Gene
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Zou Zhi;Zhu Jiali;Zhang Xicai
  • 通讯作者:
    Zhang Xicai

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其他文献

strong橡胶树水通道蛋白基因emHbPIP1/em和emHbPIP2/em的功能鉴定及其表达分析/strong
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    林业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王进;安锋;蔡秀清;邹智;张薇;林位夫
  • 通讯作者:
    林位夫
大戟科Lhcb基因家族的全基因组鉴定、分类与进化分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中南林业科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹智;安锋;杨礼富;王真辉;袁坤
  • 通讯作者:
    袁坤
橡胶树水通道蛋白基因HbPIP1和HbPIP2的功能鉴定及其表达分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    林业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王进;安锋;蔡秀清;邹智;张薇;林位夫
  • 通讯作者:
    林位夫
蓖麻LEA基因家族的全基因组鉴定、分类及其进化分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国油料作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹智;黄启星;安锋
  • 通讯作者:
    安锋
橡胶树AtCAB1同源基因的克隆及其在稳定与衰老期叶片中的差异分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    热带农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹智;杨礼富;安峰;王真辉;袁坤;庄美露
  • 通讯作者:
    庄美露

其他文献

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邹智的其他基金

橡胶树HbPIP2;3调控乳管水分平衡的分子机制研究
  • 批准号:
    31971688
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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