长穗偃麦草HKT1;4基因的克隆及其对烟草遗传转化的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31272489
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    孟林
  • 依托单位：
    北京市农林科学院
  • 学科分类：
    C1601.草种质资源与遗传育种
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

High Affinity K+ Transporter(HKT1;4) is mainly responsible for Na+ unloading from xylem sap in root and sheath to maintain low Na+ concentration and high K+/Na+ ratio in shoot. The SSR (simple sequence repeat) marker specific loci Xgwm044,which closely links to salt tolerant gene, has been selected from Elytrigia elongata germplasm, and the nucleotide sequence of the loci Xgwm044 shared high homology (83%) with TmHKT7-A2 (TmHKT1;4) gene from Triticum monococcum in our previous studies. However,the contribution of HKT1;4 to salt tolerance of E. elongata still remains unclear. In this study, EeHKT1;4 gene would be cloned from E. elongata germplasm with strong salt tolerance, and the expression levels of EeHKT1;4 and the patterns of Na+ and K+ accumulation would be quantitatively analyzed in order to elucidate the role of EeHKT1;4 in Na+ transport mechanism of E. elongata. And then, EeHKT1;4 gene would be transformed into tobacco (Nicotiana tabacum) using Agrobacterium-mediated leaf disc transformation methods in order to analyze the K+, Na+ concentrations in root, stem and leaf of transgenic tobacco exposed to different salt treatments, and to clarify the role of EeHKT1;4 in salt tolerance of tobacco. The research results would have the very important application value in the aspects of the genetic improvement of salt tolerence in wheat, corn and other crops, and forages with high quality.
高亲和K+转运载体类蛋白（HKT1;4）主要负责从植株叶鞘和根木质部汁液中卸载Na+，以维持其地上部较低Na+浓度和较高K+/Na+比。该团队已从长穗偃麦草中筛选到与耐盐基因连锁的SSR标记特异位点Xgwm044，经测序其核苷酸序列与一粒小麦TmHKT7-A2(TmHKT1;4)基因同源性达83%，但HKT1;4在长穗偃麦草中的耐盐作用机制尚不清楚。本项目拟从长穗偃麦草中克隆EeHKT1;4基因，定量分析不同盐处理下其根和地上部的EeHKT1;4基因表达及K+、Na+积累模式，解析EeHKT1;4在长穗偃麦草Na+转运中的作用机制。通过根癌农杆菌介导的叶盘转化法将EeHKT1;4基因导入烟草中，分析盐处理下转基因烟草植株根、茎和叶中的K+、Na+浓度变化，以探明EeHKT1;4在烟草耐盐中的作用。该研究结果必将在小麦、玉米等农作物和优良牧草的耐盐遗传改良方面具有重要的应用价值。

结项摘要

从长穗偃麦草中克隆到基因3个，其中耐盐基因EeHKT1;4和EeSKOR各1个，内参基因EeACT 1个，在GenBank中注册登记基因2个即EeHKT1;4和EeACT（登记号分别为KF956112和KF981729）。EeHKT1;4基因全长cDNA为1977 bp，ORF 1722 bp，可编码573个氨基酸，推测分子量为62.92 kDa，等电点为9.73。完成了EeHKT1;4的生物信息学特征分析，系统进化树结果揭示了“长穗偃麦草EeHKT1;4与单子叶植物高亲和K+转运蛋白HKT1;4亲缘关系较近”的科学结论。对不同浓度KCl和NaCl处理下的EeHKT1;4表达与K+、Na+积累模式变化规律的分析结果表明：长穗偃麦草EeHKT1;4主要在根中表达，并不受外界K+浓度的影响，说明EeHKT1;4是一个特异的Na+转运蛋白，从叶鞘和根木质部汁液中卸载Na+，以维持地上部K+、Na+的稳态作用，解析了EeHKT1;4在长穗偃麦草Na+转运中的作用机制。建立了烟草无菌苗植株再生体系，即基础培养基MS，分化培养基MS+1 mg/L 6-BA，生根培养基1/2 MS；成功构建了长穗偃麦草EeHKT1;4基因的单价植物表达载体pBI121-35S-EeHKT1;4-Nos。通过农杆菌介导法获得了转EeHKT1;4烟草阳性植株，阳性植株转化率达32%，证明EeHKT1;4在转基因烟草中能够成功表达。对不同浓度NaCl处理下野生型与转基因烟草的根、茎、叶中K+、Na+积累模式及变化规律的分析结果表明，高NaCl处理下，烟草EeHKT1;4的过表达导致了其根和茎Na+浓度的聚集，且维持了叶片中的低Na+和高K+含量，从而揭示出EeHKT1;4在降低烟草叶片Na+浓度与提高其耐盐性方面发挥着重要调节作用。通过项目研究，发表SCI 2篇，中文核心4篇（刊出3篇，接受待刊1篇）；申请发明专利1项，授权实用新型专利2项；获中国草业科技奖一等奖1项。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
长穗偃麦草EeHKT1;4基因的克隆与植物表达载体构建
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    草原与草坪
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李杉杉;毛培春;田小霞;孟林
  • 通讯作者：
    孟林
长穗偃麦草HKT1;4基因片段的克隆及序列分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    基因组学与应用生物学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    毛培春;田小霞;孟林;许庆方
  • 通讯作者：
    许庆方
长穗偃麦草Actin基因片段克隆及表达模式分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    生物技术通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    毛培春;田小霞;李杉杉;张琳
  • 通讯作者：
    张琳
Salt tolerance in two tall wheatgrass species is associated with selective capacity for K+ over Na+
两种高小麦草品种的耐盐性与钾对钠的选择能力有关
  • DOI：
    10.1007/s11738-014-1708-4
  • 发表时间：
    2015-01-01
  • 期刊：
    ACTA PHYSIOLOGIAE PLANTARUM
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Guo, Qiang;Meng, Lin;Tian, Xiao-Xia
  • 通讯作者：
    Tian, Xiao-Xia
3份长穗偃麦草种质的体细胞核型分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    草地学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    毛培春;张晓燕;郭强;田小霞
  • 通讯作者：
    田小霞

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    孟林
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    2017
  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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    杉崎俊介，安藤英俊，鳥山孝司
ハブ空間上でのクラスタリングとマッチングによる甲骨文字の認識
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  • 发表时间：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孟林;泉知論;小柳滋
  • 通讯作者：
    小柳滋

其他文献

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偃麦草属植物优异耐盐种质材料筛选与鉴定研究
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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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