水稻液泡型H+-ATPase A1亚基控制种子休眠的生理机制与分子调控网络

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771688
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1304.作物生理学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Seed dormancy is an important physiological stage for plant life cycle and a double-edged sword for crop production. Loss or reduced seed dormancy is the key aspect directly related to pre-harvest sprouting which leads to loss of crop grain weight and quality. However, strong dormant seeds germinate unevenly or not at all,which will affect the progress of crop production. Thus, it is very important to study molecular and physiological mechanism of seed dormancy and develop the moderately dormant rice varieties for protection of food security in China. In our previous studies, the vha-A1 mutant was identified by 60Co γ-radiation treatment of indica restore N142, which showed seed dormancy attributable to physical (defect of micropyle structure) and physiological (ABA sensitivity) factors. Genetic analysis indicated that vha-A1 was controlled by a recessive nuclear gene, which was finely mapped to a 42 kb interval between two markers RM20540 and RM20542 on long arm of chromosome 6. Sequence analyses revealed a 1-bp deletion of C in the open reading frame (ORF) region of the vha-A1 gene (LOC_Os06g45120), which is predicted to encode vacuoler H+-ATPase subunit A1. The cloned gene was confirmed by genetic complementary test. In this study, in order to confirm VHA-A1 is very important for seed dormancy, we will investigate the relationship among the vacuolar H+-ATPase subunit A1 on rice seed development, especially the development of micropyle structure; Physiology of metabolism and molecular regulation network of VHA-A1 gene on rice seed dormancy; The phosphorylation sites of VHA-A1 and the kinase for its phosphorylation. Based on the results of above, the physiological mechanism and molecular regulation network of VHA-A1 on seed dormancy will be involved in rice.
种子休眠性是植物生命活动的一个重要生理阶段。对农业生产来说,种子休眠是一把双刃剑。种子休眠性减弱甚至丧失将造成作物穗发芽并降低其产量与品质;而种子休眠性过强则会导致种子不能萌发或者出苗参差不齐,影响生产进程。因此,深入研究种子休眠的分子生理机理,培育适度休眠的水稻品种,对保障我国粮食安全具有十分重要的意义。在前期的研究中,申请人辐射诱变获得水稻种子休眠突变体vha-A1,其主要特征种子萌发孔存在缺陷,对O2及ABA敏感。利用图位克隆技术证实VHA-A1就是控制突变体vha-A1种子休眠特性的基因,该基因编码液泡H+-ATPase A1亚基。本项目将在前期的研究基础上,研究VHA-A1调控水稻种子生长发育的细胞生物学特点,VHA-A1调控水稻种子休眠的代谢生理与分子调控网络,以及VHA-A1的磷酸化位点及其激酶,从细胞、生理和分子角度揭示VHA-A1控制水稻种子休眠的生理机理及分子调控网络。

结项摘要

种子休眠性是植物生命活动的一个重要生理阶段。对农业生产来说,种子休眠是一把双刃剑。种子休眠性减弱甚至丧失将造成作物穗发芽并降低其产量与品质;而种子休眠性过强则会导致种子不能萌发或者出苗参差不齐,影响生产进程。因此,深入研究种子休眠的分子生理机理,培育适度休眠的水稻品种,对保障我国粮食安全具有十分重要的意义。本项目利用辐射诱变获得的水稻种子休眠突变体vha-A1开展的主要研究内容包括:1)突变体vha-A1种子的细胞结构特征;2)突变体vha-A1种子休眠的激素及ROS生理;3)不同处理条件下突变体vha-A1萌发种子的差异表达谱及其共表达基因分析;4)VHA-A1共表达基因OsHXK9调控水稻种子萌发的验证研究;5)实用水稻穗萌抑制剂的开发研究。结果表明,突变体vha-A1种子萌发孔明显存在结构缺陷,致使种子胚中的H2O2累积不足而引起种子萌发率降低。不同浓度的外源H2O2处理突变体种子则可以使其种子萌发恢复正常,从而进一步证实H2O2是影响突变体种子萌发率低的关键生理因素。进一步深入研究H2O2累积不足的生理原因,结果发现突变体萌发种子的SOD酶活显著低于野生型对照。不同条件下萌发种子的差异表达谱表明有很多激酶基因、ROS调节基因以及细胞分裂相关基因参与突变体种子萌发。进一步利用基因编辑激素敲除其中一个VHA-A1的共表达己糖激酶基因OsHXK9,结果发现敲除突变体oshxk9的种子萌发率显著降低,而且突变体种子中的ROS含量也显著低于对照,同时外源H2O2也可以恢复突变体种子萌发率,证实ROS介导了OsHXK9基因调控种子萌发。为了降低水稻穗萌发率,基于己糖激酶调控种子萌发的结果,研发己糖激酶抑制剂和铜的混合穗萌抑制剂。上述研究结果将为培育合理休眠的水稻种质以及降低水稻穗萌奠定基础。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
水稻矮化宽叶突变体osdwl1的生理特性和基因定位
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄妍;贺焕焕;谢之耀;李丹莹;赵超越;吴鑫;黄福灯;程方民;潘刚
  • 通讯作者:
    潘刚
Suppression of ROS generation mediated by higher InsP(3) level is critical for the delay of seed germination in lpa rice
高 InsP(3) 水平介导的 ROS 生成抑制对于 lpa 水稻种子萌发的延迟至关重要
  • DOI:
    10.1007/s10725-018-0402-8
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Plant Growth Regulation
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Zhou Lujian;Ye Yu;Zhao Qian;Du Xiaoxia;Zakari Shamsu Ado;Su Da;Pan Gang;Cheng Fangmin
  • 通讯作者:
    Cheng Fangmin
Disruption of a Upf1-like helicase-encoding gene OsPLS2 triggers light-dependent premature leaf senescence in rice
类Upf1解旋酶编码基因OsPLS2的破坏引发水稻光依赖性叶片早衰
  • DOI:
    10.1007/s11103-019-00848-4
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    PLANT MOLECULAR BIOLOGY
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Gong, Pan;Luo, Yanmin;Pan, Gang
  • 通讯作者:
    Pan, Gang
A 22-bp deletion in OsPLS3 gene encoding a DUF266-containing protein is implicated in rice leaf senescence
编码含有 DUF266 的蛋白质的 OsPLS3 基因中的 22 bp 缺失与水稻叶片衰老有关
  • DOI:
    10.1007/s11103-018-0758-1
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Plant Molecular Biology
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Li Kunyu;Chen Yaodong;Luo Yanmin;Huang Fudeng;Zhao Chaoyue;Cheng Fangmin;Xiang Xun;Pan Gang
  • 通讯作者:
    Pan Gang
水稻黄叶早衰突变体osyes1的生理特性和基因定位
  • DOI:
    10.16819/j.1001-7216.2020.0301
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国水稻科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄福灯;赵超越;吴鑫;贺焕焕;程方民;李春寿;潘刚
  • 通讯作者:
    潘刚

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西藏核桃引种到内地后坚果品质变化研究
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硬岩机械化掘进工作面涡流气幕降尘控制流场研究
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张新花
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    楼程富;潘刚
  • 通讯作者:
    潘刚
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    潘刚
拉萨河流域山地草甸植物个体生物量沿海拔梯度分配特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    西藏科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵晓通;赵垦田;潘刚;石培礼
  • 通讯作者:
    石培礼

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潘刚的其他基金

水稻线粒体载体家族基因OsSFC1调控稻米垩白形成的分子生理机理
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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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