马铃薯转化酶复合体中SnRK1α的磷酸化机理及块茎低温糖化抗性形成机制解析

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31871683
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Accumulation of reducing sugars in potato cold stored tubers, termed as cold-induced sweetening, is a serious post-harvest problem for potato tubers, which results in poor-quality fried potato products. Sucrose cleavage by vacoular invertase StvacNV1 plays vital roles in the cold-induced sweetening. We previously identified a protein complex (IRPC), which was composed of StvacINV1, its specific inhibitor StInvInh2B, and the α and β subunits of the kinase SbSnRK1. We further confirmed that the phosphorylation status of SbSnRK1α determined the activity of StvacINV1. However, the phosphorylation mechanism of SbSnRK1α and the interactions among IRPC components remains elusive. This proposed project plans to identify the genes controlling SbSnRK1α phosphorylation by protein interaction screening, in vitro and transgenic functional verification. Meanwhile, other members of SnRK1β subunits, as well as SnRK1γ, will be cloned and their function will be dissected through expression analysis, subcellular localization, heterologous expression, in vitro enzyme assays and genetic transformation. By employing homology modeling and molecular docking, the binding sites of IRPC will be predicted. By using point mutation and in vitro functional test, the predicted results will be confirmed. Finally, the structural basis of invertase regulation by IPRC will be illustrated. Collectively, these results will ultimately uncover the regulator mechanism of invertase activity, deepen our understanding for the formation of potato cold-induced sweetening, and also provide potential applicable genetic resources and theoretical basis for improving the quality of fried potato products.
马铃薯块茎低温贮藏后还原糖的累积是影响油炸加工品质的重要因素,液泡转化酶控制的蔗糖分解对低温糖化起着重要作用。我们前期研究证明,蛋白复合体IRPC精确调控了转化酶活性,其中SbSnRK1α磷酸化与否决定了转化酶活性高低,但其磷酸化机制及IRPC组分间互作的机理尚不清楚。本项目拟通过互作蛋白分离SbSnRK1α磷酸化的调控基因,利用体外活性测定和转基因等技术,明确其功能,解析SbSnRK1α磷酸化的调控机制。通过基因表达分析、亚细胞定位、体外添加活性测定以及遗传转化等手段,明确SbSnRK1的β和γ的在转化酶活性调控中的功能。利用同源建模及分子对接等生物信息学手段,对IRPC的互作模式进行模拟,进一步通过体外蛋白活性及互作验证,解析IRPC对转化酶活性调控的分子结构基础。研究结果将深入揭示马铃薯转化酶活性调控的分子模式,解析块茎低温糖化抗性的形成机理,为其加工品质改良提供理论指导和基因资源。

结项摘要

马铃薯块茎低温贮藏后还原糖的累积是影响油炸加工品质的重要因素,液泡转化酶控制的 蔗糖分解对低温糖化起着重要作用。我们前期研究证明,蛋白复合体IRPC精确调控了转化酶活性,其中SbSnRK1α磷酸化与否决定了转化酶活性高低。在此基础上,通过同源比对鉴定到了激酶StGRIK1为其潜在的上游激酶,通过StGRIK1异源表达和对StSnRK1α体外激酶活性,证实了StGRIK1能直接磷酸化SbSnRK1α,亚细胞定位发现StGRIK1定位于液泡膜。抑制StGRIK1的表达会导致光照后马铃薯叶片淀粉和还原糖的含量降低和SnRK1α内源的磷酸化水平降低,表明StGRIK1可能是马铃薯中SnRK1上游唯一的激酶。通过序列比对鉴定到了马铃薯SnRK1γ亚基,qRT-PCR表达分析表明在不同抗性材料中都受低温诱导。进一步通过酵母点对点验证了StSnRK1γ与SbSnRK1α间确实存在互作。亚细胞定位结果显示StSnRK1γ定位于细胞质和细胞核。干涉StSnRK1γ能显著降低低温贮藏后块茎的还原糖含量,酸性转化酶活性测定结果显示干涉StSnRK1γ亦能显著抑制低温贮藏后块茎的酸性转化酶活性,明确了SnRK1γ对IRPC中转化酶活性的调控功能。利用基于神经网络开发并可提供原子级精度的蛋白质结构预测工具AlphaFold2分别对IRPC复合体各组分进行了蛋白质结构解析。并进一步在StSnRK1α-StSnRK1β、StvacINV1-StInvInh2B和StSnRK1β-StInvInh2B三对二聚体鉴定到了8对氨基酸位点互作对,互作对可能是介导IRPC形成的重要位点并可能在调控转化酶活性过程中起关键作用。项目研究成果揭示马铃薯转化酶活性调控的分子模式,为马铃薯加工品质改良提供理论指导和基因资源。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Suppression of the tonoplast sugar transporter StTST3.2 improves quality of potato chips.
抑制液泡膜糖转运蛋白 StTST3.2 可提高薯片的质量。
  • DOI:
    10.1016/j.jplph.2021.153603
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Journal of Plant Physiology
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Kawochar Md Abu;Cheng Yunxia;Begum Shahnewaz;Wang Enshuang;Zhou Tingting;Liu Tiantian;Liu Tengfei;Song Botao
  • 通讯作者:
    Song Botao
The transcription factor StTINY3 enhances cold-induced sweetening resistance by coordinating starch resynthesis and sucrose hydrolysis in potato
转录因子StTINY3通过协调马铃薯淀粉再合成和蔗糖水解增强冷诱导的甜味抗性
  • DOI:
    10.1093/jxb/erac171
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Oxford University Press
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weiling Shi;Qiuqin Ma;Wang Yin;Tiantian Liu;Yuhao Song;Yuanya Chen;Linjin Song;Hui Sun;Shuting Hu;Tengfei Liu;Rui Jiang;Dianqiu Lv;Botao Song;Jichun Wang;Xun Liu
  • 通讯作者:
    Xun Liu
Suppression of the tonoplast sugar transporter, StTST3.1, affects transitory starch turnover and plant growth in potato
抑制液泡膜糖转运蛋白 StTST3.1 影响马铃薯的短暂淀粉周转和植物生长
  • DOI:
    10.1111/tpj.16050
  • 发表时间:
    2022-12-08
  • 期刊:
    PLANT JOURNAL
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Liu, Tengfei;Kawochar, Md Abu;Song, Botao
  • 通讯作者:
    Song, Botao

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  • 通讯作者:
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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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