OsAAP8调控水稻氮素营养利用的生理和分子机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900219
  • 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:
    C0204.水分和营养物质的运输与代谢
  • 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

Amino acids are the major transport form of nitrogen in rice. Leaf nitrogen remobilization via phloem is crucial for growth of young tissues and seed development. However, the details of amino acids remobilization from rice source leaves and the key transporters responsible for this process are yet unclear. In this study, we selected OsAAP8 as the candidate transporter according to multiple characteristics of amino acids remobilization from leaves. The expression level of OsAAP8 was increased coincidentally with the strength of amino acids remobilization from source leaves. Green fluorescent protein analysis using transient expression and transport activity identification in yeast showed that OsAAP8 localizes to plasma membrane and is a functional amino acids uptake transporter. Microarray data revealed that OsAAP8 is probably expressed in vascular tissues. Those evidences indicate that OsAAP8 plays a key role in amino acids remobilization from leaves. Interestingly, a relative highly expression level of OsAAP8 was also detected in roots and nodes by qRT-PCR analysis, which indicates that OsAAP8 is also involved in many other processes of distribution of amino acids within rice plants. We also constructed OsAAP8 related knockout, over-expression and promoter-β-glucuronidase fusions transgenic rice plants (Nipponbare), and then we will combine physiological, biochemical and molecular biology techniques to uncover the mechanisms of OsAAP8 mediated distribution of amino acids within rice plants, and further to elucidate the mechanisms of nitrogen utilization regulated by OsAAP8. In addition, the results from this project will also provide theoretical basis and genetic resources for increasing nitrogen use efficiency in rice.
氨基酸是水稻体内转运利用的主要氮素形态,叶片氮素以氨基酸形式经韧皮部的再利用是幼嫩组织和种子发育所需氮素的重要来源。然而,水稻叶片氨基酸再转运的详细过程和负责的转运蛋白都还不清楚。我们依据叶片氨基酸再利用的特征对水稻氨基酸转运蛋白家族基因进行筛选,筛选到了OsAAP8。OsAAP8在叶片氨基酸再利用的关键期被诱导高表达;编码质膜定位蛋白;能将氨基酸转运至胞内;可能表达在维管组织。这些都指向OsAAP8参与了叶片氨基酸的再转运。有趣的是,OsAAP8在氨基酸转运活跃的根和节中也有较高表达,暗示其在氨基酸分配的多个过程中都发挥作用。我们构建了OsAAP8的突变体、过表达以及启动子融合GUS的遗传材料,后续将结合这些材料从生理生化和分子生物学角度,解析OsAAP8介导氨基酸分配利用的分子机制,阐明其调控水稻氮素营养利用的具体过程,为进行氮素营养高效的水稻改良提供重要的理论依据和基因资源。

结项摘要

氨基酸态氮是水稻体内转运利用的主要氮素形态之一,经木质部和韧皮部的氨基酸态氮的长途转运是其在不同部位之间进行分配和积累的基础,其中叶片储存氨基酸的再分配以及根向地上部的氨基酸转运是维持植物氮素供应的两个重要过程。我们依据基因表达特征筛选到了参与水稻氨基酸长途转运的因子OsAAP8。基因表达分析表明OsAAP8在叶片氨基酸再利用的关键期被诱导表达,在氨基酸转运活跃的根和节中也有较高表达;OsAAP8启动子驱动GUS表达的转基因材料的染色结果表明OsAAP8主要在维管组织表达;亚细胞定位分析结果发现OsAAP8主要定位于细胞质膜;酵母互补实验和15N标记氨基酸的吸收实验表明OsAAP8具有将胞外氨基酸吸收至体内的能力;综合以上结果,暗示OsAAP8可能参与氨基酸的长途转运,介导水稻体内多个部位的氨基酸利用过程。我们构建获得了OsAAP8的突变体和过量表达材料,表型分析结果发现osaap8突变体中氨基酸向地上部的转运增强,植株生长被促进,表现出株高增高、分蘖增多和产量增加的表型,过量表达材料则表现出相反的表型。氮素指标测定的结果表明,OsAAP8在叶片氨基酸的再利用过程中的贡献不大,而可能主要在根向地上部的氨基酸长途转运中起作用。序列变异位点分析发现,OsAAP8启动子区域的序列在水稻自然群体材料中存在变异,且多个关键的单倍型与分蘖的数目表现出一定的相关性。综合以上结果,该项目的研究表明OsAAP8可能参与水稻根部氨基酸态氮经由木质部的卸载过程,继而影响氨基酸态氮向地上部的运输,并负调控水稻的生长、分蘖和产量。该研究为进行氮素营养高效的水稻改良提供了重要的理论依据和基因资源。

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(1)
Environmental Stimuli: A Major Challenge during Grain Filling in Cereals.
环境刺激:谷物灌浆过程中的主要挑战
  • DOI:
    10.3390/ijms24032255
  • 发表时间:
    2023-01-23
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Teng, Zhenning;Chen, Yinke;Meng, Shuan;Duan, Meijuan;Zhang, Jianhua;Ye, Nenghui
  • 通讯作者:
    Ye, Nenghui
水稻OsANT亚家族成员的结构、表达特征及其对逆境胁迫的响应
  • DOI:
    10.13592/j.cnki.ppj.2021.0108
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    植物生理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢君;徐智军;蔺金红;曾庆平;赵静;刘伯涵;叶能辉;孟栓
  • 通讯作者:
    孟栓
Isolation of Three Metallothionein Genes and Their Roles in Mediating Cadmium Resistance
三个金属硫蛋白基因的分离及其在介导镉抗性中的作用
  • DOI:
    10.3390/agronomy12122971
  • 发表时间:
    2022-12-01
  • 期刊:
    AGRONOMY-BASEL
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zhang, Pei-Hong;Zhang, Xue-Jie;Peng, Jia-Shi
  • 通讯作者:
    Peng, Jia-Shi
Cloning and Functional Characterization of SpZIP2.
SpZIP2 的克隆和功能表征
  • DOI:
    10.3390/genes13122395
  • 发表时间:
    2022-12-17
  • 期刊:
    Genes
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
  • 通讯作者:
水稻氨基酸转运蛋白OsATLa亚家族的生物信息学及表达分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    分子植物育种
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄丽君;万国凤;赵静;彭艳;刘伯涵;叶能辉;孟栓
  • 通讯作者:
    孟栓

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其他文献

Synergistic interaction between ABA and IAA due to moderate soil drying promotes grain filling of inferior spikelets in rice
土壤适度干燥导致 ABA 和 IAA 之间的协同相互作用促进水稻劣质小穗的灌浆
  • DOI:
    10.1111/tpj.15642
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Plant Journal
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    滕振宁;于辉辉;王冠群;孟栓;刘伯涵;易亚科;陈银科;郑芹;刘玲;杨建昌;段美娟;张建华;叶能辉
  • 通讯作者:
    叶能辉

其他文献

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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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