NAC转录因子介导ABA代谢途径调控西瓜果实成熟及品质进化的分子机制

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基本信息

  • 批准号:
    31902034
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1506.蔬菜与瓜果生长发育
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The modern cultivated watermelon is the result of years of cultivation and selection for fruits with desirable qualities. The ABA content in cultivated watermelon fruit increased during fruit development and ripening, and was significantly higher than in wild watermelon. The expressions of NCEDs and CYP707As which encoded the key enzymes in the ABA metabolism were significantly different in cultivated and wild watermelon. However, these genes were not selected during domestication. In order to reveal the molecular mechanism of the difference of ABA content between cultivated and wild watermelon, we analyzed the promoters of NCEDs and CYP707As. NAC core recognition cites were found in the promoters of NCEDs and CYP707As, and NAC transcription factors were selected during the domestication. We hypothesized that through evolution, NAC transcription factors regulated watermelon fruit ripening via ABA metabolism. We analyzed the haplotypes and found SNPs in the CDS and promoters of candidate NAC transcription factors. We will detect the transcriptional ability of NAC transcription factors to NCED and CYP707As in cultivated and wild watermelon to reflect the effects of SNPs in NAC transcription factors to the transcriptional ability. We will knockout the candidate NAC transcription factors by CRISPR-Cas9 based on these SNPs. After we obtain the homozygous generations, we will analysis the quality traits and transcriptome of the transgenic lines and control lines to illustrate the molecular mechanism of NAC transcription factors regulating watermelon fruit ripening via ABA metabolism. These results will provide technical guidance to improve watermelon quality, and possess important theoretical significance and industrial value.
现代栽培西瓜果实成熟的优良品质是从野生种不成熟性状进化而来,本实验室前期研究表明:栽培西瓜果肉中ABA含量随着果实发育成熟逐渐升高,且显著高于野生西瓜。ABA代谢途径关键节点基因NCED和CYP707As的表达在栽培和野生西瓜果实间存在显著差异,但在全基因组驯化中未受到选择。NCED和CYP707As的启动子上包含NAC转录因子核心结合元件,且NAC在驯化中受选择。就此提出本项目科学假设:NAC转录因子通过进化,并介导ABA代谢途径,进而调控西瓜果实成熟。本项目利用西瓜野生与栽培材料重测序信息开展单倍型分析,明确NAC及其差异位点对ABA代谢关键节点基因调控差异;对NAC关键差异位点进行基因编辑,获得功能性状互补的转基因后代,进行品质性状与转录组分析,明确NAC介导ABA代谢途径调控果实成熟的分子网络。这必将丰富果实成熟调控机制,并为高品质西瓜改良提供技术指导,具有重要理论意义和产业价值。

结项摘要

现代栽培西瓜果实成熟的优良品质是从野生种不成熟性状进化而来,本实验室前期研究表明:栽培西瓜果肉中ABA含量随着果实发育成熟逐渐升高,且显著高于野生西瓜。ABA代谢途径关键节点基因NCED和CYP707As的表达在栽培和野生西瓜果实间存在显著差异,但在全基因组驯化中未受到选择。NCED和CYP707As的启动子上包含NAC转录因子核心结合元件,且NAC在驯化中受选择。就此提出本项目科学假设:NAC转录因子通过进化,并介导ABA代谢途径,进而调控西瓜果实成熟。NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子在果实成熟和品质中起重要作用。本研究发现,一个与SlNOR高度同源的NAC转录因子ClNOR在西瓜驯化过程中受到选择,并位于含糖量QTL上。敲除ClNOR基因西瓜果实不能正常成熟,clnor突变体中的ABA含量、番茄红素含量和糖含量均显著低于野生型果实。利用转录组和DNA亲和纯化测序(DAPseq)分析进一步证明,ClNOR不能直接结合ABA、类胡萝卜素和糖的关键生物合成基因,而是介导ClABI5、ClMYB44和ClNF-YC2分别调控成熟相关基因ClNCED1、ClPSY1和ClAGA2的表达。这说明ClNOR通过间接级联调控非呼吸跃变型果实成熟,不同于SlNOR通过直接靶向乙烯和番茄红素的生物合成调控呼吸跃变型果实成熟的分子机制。生物层干涉分析(BLI)和瞬时荧光素酶分析实验表明,驯化位点 SNP(564,T/C)提高了ClNOR与这些靶基因的结合稳定性和转录激活活性。这些发现拓宽了对NOR转录因子参与非呼吸跃变型果实成熟调控和驯化的普遍功能和独特机制的认识。ClNAC68是一个转录抑制子,在西瓜果肉中特异高表达,且在栽培西瓜果实中的表达显著高于野生西瓜。在西瓜中敲除ClNAC68显著降低了突变体果实中的ABA含量和含糖量。转录组分析发现,在clnac68突变体中,蔗糖代谢关键转化酶基因的表达显著提高。EMSA和瞬时荧光酶分析ClNAC68直接结合ClINV启动子并抑制其表达。本研究将进一步完善呼吸非跃变型果实成熟及品质进化调控分子机制,为西瓜品质分子改良与生产提供技术指导,具有重要的理论意义和潜在的产业价值。

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 NAC transcription factor ClNAC68 positively regulates sugar content and seed development in watermelon by repressing ClINV and ClGH3.6.
NAC转录因子ClNAC68通过抑制ClINV和ClGH3.6正向调节西瓜的糖含量和种子发育
  • DOI:
    10.1038/s41438-021-00649-1
  • 发表时间:
    2021-10-01
  • 期刊:
    Horticulture research
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Wang J;Wang Y;Zhang J;Ren Y;Li M;Tian S;Yu Y;Zuo Y;Gong G;Zhang H;Guo S;Xu Y
  • 通讯作者:
    Xu Y

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其他文献

低共熔溶剂的热稳定性研究(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Acta Physico - Chimica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈文君;薛智敏;王晋芳;蒋静云;赵新辉;牟天成
  • 通讯作者:
    牟天成
NM和L_W~等价的一个语构证明(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    模糊系统与数学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王三民;王晋芳
  • 通讯作者:
    王晋芳

其他文献

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王晋芳的其他基金

ClNAC56转录因子调控西瓜果实品质进化的分子机制
  • 批准号:
    32372717
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 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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