水稻类胡萝卜素和维生素E生物合成途径上游的三个重要基因家族成员的功能鉴定

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870278
  • 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:
    C0204.水分和营养物质的运输与代谢
  • 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

Plant carotenoids and vitamin E have a very important role on humans, animals and plants themselves. It has been demonstrated that breaking the bottlenecks of upstream pathway in the biosynthesis of carotenoids and vitamin E is essential for increasing the accumulation of carotenoids and vitamin E in plants. The proposed project will use rice (Oryza sativa L.), one of the most important cereal crops worldwide, as the research material to carry out in-depth research in the expression characteristics of each member of the 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase (DXS), 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (HDR) and isopentenyl diphosphate isomerases (IPPI) gene families, and the subcellular localization of the encoded enzyme protein for each gene. We will knockout each member of rice DXS, HDR and IPPI gene families by using CRISPR/Cas9 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9) system, and obtain Loss-of-Function mutants in each gene or two genes. The contribution of each member of rice DXS, HDR and IPPI gene families to the carotenoids and vitamin E biosynthesis in endosperm and embryo, as well in leaves and roots will be investigated using these Loss-of-Function mutants. The results obtained in this study are not only important for improving the quality of the carotenoids and vitamin E of rice seeds but also very important for the functional characterization of these orthologous gene family members in other gramineous crops such as wheat, barley and maize.
植物类胡萝卜素和维生素E对于人类、动物和植物自身都具有十分重要的作用。研究表明突破类胡萝卜素和维生素E合成中的上游途径瓶颈限制,对提高植物体内类胡萝卜素和维生素E的积累是非常必要的。本课题拟以世界上重要的粮食作物水稻为研究材料,深入研究水稻1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)、4-羟基-3-甲基-2-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)和异戊二烯焦磷酸异构酶(IPPI)基因家族每个成员的表达特性和编码的酶蛋白在亚细胞内的定位。利用CRISPR/Cas9定向敲除技术创制水稻DXS、HDR和IPPI家族每个成员基因功能丧失突变体,探明DXS、HDR和IPPI家族各成员对种子胚乳和胚以及叶片和根等各组织器官中的类胡萝卜素和维生素E生物合成的贡献。该研究获得的成果不仅对水稻种子类胡萝卜素和维生素E品质改良具有重要意义,而且对其他禾本科作物中的这些直向同源基因家族成员的功能鉴定也具有重要意义。

结项摘要

植物类胡萝卜素和维生素E对于人类、动物和植物自身都具有十分重要的作用。本课题以世界上重要的粮食作物水稻为研究材料,深入研究了水稻1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)、4-羟基-3-甲基-2-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)和异戊二烯焦磷酸异构酶(IPPI)基因家族每个成员的表达特性和编码的酶蛋白在亚细胞内的定位。利用CRISPR/Cas9定向敲除技术创制水稻DXS、HDR和IPPI家族每个成员基因功能丧失突变体,探明了DXS、HDR和IPPI家族各成员对种子胚乳和胚以及叶片和根等各组织器官中的类胡萝卜素和维生素E生物合成的贡献。我们发现了水稻种子中gusA的高水平表达需要5'-UTR区域。只要启动子近端存在醇溶蛋白盒和AACA基序,ZmBCH2基因启动子的截短变体基本启动子即可保留其种子优先的表达模式。本课题的成果不仅对水稻种子类胡萝卜素和维生素E品质改良具有重要意义,而且对其他禾本科作物中的这些直向同源基因家族成员的功能鉴定也具有重要意义。

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(0)
The Coordinated Upregulated Expression of Genes Involved in MEP, Chlorophyll, Carotenoid and Tocopherol Pathways, Mirrored the Corresponding Metabolite Contents in Rice Leaves during De-Etiolation.
MEP、叶绿素、类胡萝卜素和生育酚途径相关基因的协调上调表达,反映了去黄化过程中水稻叶片中相应的代谢物含量
  • DOI:
    10.3390/plants10071456
  • 发表时间:
    2021-07-16
  • 期刊:
    Plants (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jin X;Baysal C;Drapal M;Sheng Y;Huang X;He W;Shi L;Capell T;Fraser PD;Christou P;Zhu C
  • 通讯作者:
    Zhu C
The subcellular localization of two isopentenyl diphosphate isomerases in rice suggests a role for the endoplasmic reticulum in isoprenoid biosynthesis
水稻中两种异戊烯基二磷酸异构酶的亚细胞定位表明内质网在类异戊二烯生物合成中的作用
  • DOI:
    10.1007/s00299-019-02479-x
  • 发表时间:
    2019-11-02
  • 期刊:
    PLANT CELL REPORTS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Jin, Xin;Baysal, Can;Zhu, Changfu
  • 通讯作者:
    Zhu, Changfu
Chapter Twenty-One - Rice callus as a high-throughput platform for synthetic biology and metabolic engineering of carotenoids
第二十一章-水稻愈伤组织作为类胡萝卜素合成生物学和代谢工程的高通量平台
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Methods in Enzymology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Changfu Zhu;Chao Bai;Lourdes Gomez-Gomez;Gerhard S;mann;Can Baysal;Teresa Capell;Paul Christou
  • 通讯作者:
    Paul Christou

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其他文献

Metabolic engineering of carot
胡萝卜代谢工程
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱长甫;石连旋;钱锐
  • 通讯作者:
    钱锐
Functional characterization of the Gentiana lutea zeaxanthin epoxidase (GlZEP) promoter in transgenic tomato plants
转基因番茄植物中黄龙胆玉米黄质环氧化酶 (GlZEP) 启动子的功能表征
  • DOI:
    10.1007/s11248-012-9591-5
  • 发表时间:
    2012-02
  • 期刊:
    Transgenic Research
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    朱长甫
  • 通讯作者:
    朱长甫
植物类胡萝卜素生物合成及其相关
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    植物生理与分子生物学学报,30(6):609-618,2004。
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  • 作者:
    朱长甫
  • 通讯作者:
    朱长甫

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玉米β-胡萝卜素羟化酶2基因种子特异性表达的调控机制
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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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