棉花非编码RNA基因DAN1在基因组杂交和多倍化中的进化与耐旱分子机制研究

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项目介绍
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基本信息

  • 批准号：
    31900395
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    陶晓园
  • 依托单位：
    浙江省农业科学院
  • 学科分类：
    C0603.表观遗传调控
  • 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 genome shock intraspecies hybridization of and whole genome duplication (WGD) introduces great variation in the transcriptome in both coding and non-coding genes， which is the molecular basis for improved adaptation in evolution of new species. Here we report a novel long non-coding RNA (lncRNA), DAN1. DAN1 is activated from the A diploid genome after hybridization and WGD in cotton evolution. GhDAN1, found in allotetraploid upland cotton (G. hirsutum, AD1), is a drought responsive non-coding gene predominantly expressed in nucleoplasm. A ChIRP profile demonstrated that GhDAN1 RNA can bind with a DNA motif similar to Dof zinc finger transcription factor (Dof ZF) binding motifs. We therefore hypothesized that DAN1 contributed to the adaptive selection of the allotetraploid cotton after WGDs in nature. Here we propose to investigate the evolution and molecular mechanism of DAN1 in drought stress response. The comparative studies of transcriptome, epigenetic modifications of the DAN1 locus in cotton lineage will be carried out to further reveal the net-work mediated by DAN1 in abiotic stress.
杂交和全基因组加倍引起的Genome shock能够在转录组中引入包括编码基因和非编码基因的极大变异，这是物种进化中适应性选择的分子基础。在前期研究中鉴定了起源于棉花二倍体A基因组的一个长链非编码RNA基因， DAN1参与植物耐旱性分子调控。DAN1在棉属杂交和多倍化后的异源四倍体基因组中激活表达。陆地棉GhDAN1主要分布在细胞核核质，RNA纯化染色质分离（ChIRP）结果和转录组差异表达基因分析说明GhDAN1 RNA可能与Dof转录因子DNA基序结合，对转录因子功能起抑制作用。本项目拟从棉花基因组多倍体进化、基因转录调控等角度对DAN1的进化和耐旱分子机理进行系统解析，揭示Genome shock激活的lncRNA的在杂种和多倍化优势形成中的作用，发现lncRNA在植物非生物胁迫适应性中的新功能，并为创制棉花耐旱新材料提供新理论。

结项摘要

杂交和全基因组加倍引起的“基因组冲击”（Genome shock）能够在转录组中引入包括编码基因和非编码基因的极大变异，这是物种进化中适应性选择的分子基础。本研究鉴定了起源于棉花二倍体A基因组的一个长链非编码RNA基因， DAN1参与植物耐旱性分子调控。DAN1在棉属杂交和多倍化后的异源四倍体基因组中激活表达。陆地棉GhDAN1主要分布在细胞核核质，RNA纯化分离染色质（ChIRP）结果和凝胶阻滞实验 （EMSA）分析说明GhDAN1 RNA可以与基因组富含AAAG的DNA 基序形成RNA-DNA三聚体。由于AAAG 基序是已知的植物特异性DOF(DNA binding with one finger) 转录因子结合位点，GhDAN1很可能通过在相同基序位点形成RNA-DNA三聚体调节DOF转录因子对其顺式作用元件的可及性，从而调控下游基因的表达。转录组分析研究GhDAN1表达被抑制后的差异表达基因，结果发现富含AAAG 基序的差异表达基因显著富集在生长素响应途径，与植物干旱响应相关，从而，GhDAN1表达下调的植株对干旱表现为更强的耐受性。该耐旱表型与棉花二倍体A基因组体内DAN1几乎不表达，耐旱性比四倍体栽培棉花强相类似。DAN1在功能和进化上的研究结果展示了非编码RNA在自然进化过程中通过杂交和多倍化激活后新功能化的新机制。本研究从棉花基因组多倍体进化、基因转录调控等角度对DAN1的进化和耐旱分子机理进行系统解析，揭示Genome shock激活的lncRNA在杂种和多倍化优势形成中的作用，发现lncRNA在植物非生物胁迫适应性中的新功能，并为创制棉花耐旱新材料提供新理论。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Efficient chromatin profiling of H3K4me3 modification in cotton using CUT&Tag
使用 CUT 对棉花中 H3K4me3 修饰进行高效染色质分析
  • DOI：
    10.1186/s13007-020-00664-8
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Plant Methods
  • 影响因子：
    5.1
  • 作者：
    Xiaoyuan Tao;Shouli Feng;Ting Zhao;Xueying Guan
  • 通讯作者：
    Xueying Guan
A novel strand-specific RNA-sequencing protocol using dU-adaptor-assembled Tn5
使用 dU 适配器组装的 Tn5 的新型链特异性 RNA 测序方案
  • DOI：
    10.1093/jxb/erac515
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Journal of Experimental Botany
  • 影响因子：
    6.9
  • 作者：
    Xiaoyuan Tao;Shouli Feng;Sujuan Li;Guang Chen;Jian Wang;Lizhi Xu;Xujun Fu;Jing Yu;Shengchun Xu
  • 通讯作者：
    Shengchun Xu
Profiling of H3K4me3 Modification in Plants using Cleavage under Targets and Tagmentation
使用目标下的切割和标记对植物中的 H3K4me3 修饰进行分析
  • DOI：
    10.3791/62534
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Journal of Visualized Experiments
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Xiaoyuan Tao;Mengtao Gao;Siyuan Wang;Xueying Guan
  • 通讯作者：
    Xueying Guan
Neofunctionalization of a polyploidization-activated cotton long intergenic non-coding RNA DAN1 during drought stress regulation
干旱胁迫调节过程中多倍体化激活的棉花长基因间非编码RNA DAN1的新功能化
  • DOI：
    10.1093/plphys/kiab179
  • 发表时间：
    2021-08-03
  • 期刊：
    Plant Physiology
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Tao X;Li M;Zhao T;Feng S;Zhang H;Wang L;Han J;Gao M;Lu K;Chen Q;Zhou B;Guan X
  • 通讯作者：
    Guan X

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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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