Na+/H+ 逆向转运蛋白提高浮萍镉胁迫抗性的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31700443
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    杨琳
  • 依托单位：
    天津师范大学
  • 学科分类：
    C0310.污染生态学与恢复生态学
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The industrial discharge leads to the pollution of water system, with cadmium being the most serious one, and causes a severe impact on the aquatic plants. It has been reported that the expression of Na+/H+ Antiporter 1 (NHX1), a salt tolerant gene, decreases first with the cadium stress and then increases. Duckweed（Lemnaceae）, a type of aquatic plants, is wildly explored in water environmental detection, biofuel research and water purification. Glycine max Na+/H+ Antiporter (GmNHX1) was overexpressed in Lemna minor in our study, and the transgenic duckweed show ed cadmium resistance. We need to further study the function of NHX1 on cadmium transportation, the influence of pH value change, organic acids, and the plant signal regulation on the resistance of cadmium stress. The transgenic Duckweed will be researched as a main material for the following aspects: the location of absorb of cadmium in duckweed with cadmium stress and the concentration; the change of pH value change and the organic acids compounds and the influence of these changes of on the absorb of cadmium; the change of ethylene and NO releasing and the expression of related genes. This study tends to reveal the mechanism of NHX1 improving cadmium resistance, and contribute to the understanding of cadmium resistance study and the ecological restoration of cadmium pollution water system.
工业污染物的不当排放导致了水体污染，其中镉污染尤为突出，对水生植物造成了严重危害。研究报道抗盐基因Na+/H+ 逆向转运蛋白（NHX1）的表达在镉胁迫下先降低后升高，出现了显著变化。浮萍在水环境检测、生物产能和水体净化中被广泛应用，我们将大豆的NHX1基因在浮萍中过表达后，初步发现NHX1转基因浮萍具有镉胁迫抗性，然而NHX1抗镉胁迫的机制尚不明确。NHX1在镉离子转运中的作用，以及在pH、有机酸、信号通路等方面对镉胁迫抗性的影响需要解析。本研究拟以NHX1转基因浮萍为材料，研究镉胁迫下NHX1转基因浮萍镉吸收的部位和浓度；pH、有机酸的变化及其对镉吸收的影响；乙烯和一氧化氮释放量的变化及相关基因表达量的变化，以期揭示NHX1提高浮萍镉耐受性的机制，并将利于镉污染水境的生态学修复。

结项摘要

工业污染的不当排放导致了水体重金属污染，镉污染对植物光合作用、元素吸收和生长发育造成严重危害。浮萍被广泛应用于水环境检测、生物产能和单子叶模式植物研究领域，本项目组发现大豆Na+/H+逆向转运蛋白（NHX1）在浮萍中过表达后，增强了浮萍的镉胁迫抗性，具体机制有待探索。.我们通过采用基因芯片、非损伤微测、电感耦合等离子光谱发生仪、流式细胞仪和荧光免疫技术等方法，对于NHX1在镉离子富集中的作用，以及在pH、信号通路和分子调控等进行解析，获得以下研究结果：（1）明确了NHX1提高浮萍镉胁迫抗性的生理机制：发现NHX1转基因浮萍通过增加镉外泌、减少根部镉的积累；揭示在短时间胁迫下NHX1转基因浮萍减少了镉离子内流，长期镉胁迫下NHX1转基因浮萍增加镉离子外排，进而减少了镉在转基因浮萍内的积累；抑制NHX1活性后，转基因浮萍镉离子内流增加；发现NHX1转基因浮萍活性氧积累降低，保护酶活性上升。（2）阐明NHX1转基因浮萍镉胁迫下的信号通路应答机制：研究发现24小时镉胁迫处理引发野生型浮萍NO含量的下降；而NHX1转基因浮萍内源NO含量显著性高于野生型浮萍；揭示了NHX1在短期镉处理中调节镉离子流和氢离子流的新功能。（3）研究NHX1转基因浮萍增强镉胁迫的分子机制：通过镉胁迫下NHX1转基因浮萍与根发育相关的基因显著性下调；NHX1转基因浮萍钙信号通路相关基因显著性下调，谷胱甘肽合成相关基因显著性上调；镉转运相关蛋白下调，液泡区域化相关蛋白上调。.研究成果为解析重金属镉逆境下植物的抗性机制提供重要理论依据，为污染水体的生态修复和经济作物减少镉积累提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
The molecular mechanism underlying cadmium resistance in NHX1 transgenicLemna turoniferawas studied by comparative transcriptome analysis
通过比较转录组分析研究NHX1转基因青萍抗镉的分子机制
  • DOI：
    10.1007/s11240-020-01909-z
  • 发表时间：
    2020-08-12
  • 期刊：
    PLANT CELL TISSUE AND ORGAN CULTURE
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Yao，Jie;Sun，Jinge;Wang，Yong
  • 通讯作者：
    Wang，Yong
Salt and cadmium stress tolerance caused by overexpression of the Glycine Max Na+/H+ Antiporter (GmNHX1) gene in duckweed (Lemna turionifera 5511)
浮萍 (Lemna turionifera 5511) 中 Glycine Max Na /H Antiporter (GmNHX1) 基因过度表达引起的盐和镉胁迫耐受性
  • DOI：
    10.1016/j.aquatox.2017.08.010
  • 发表时间：
    2017-11-01
  • 期刊：
    AQUATIC TOXICOLOGY
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Yang, Lin;Han, Yujie;Sun, Jinsheng
  • 通讯作者：
    Sun, Jinsheng
The Ca2+ signaling, Glu, and GABA responds to Cd stress in duckweed
Ca2 信号传导、Glu 和 GABA 对浮萍中 Cd 胁迫的响应
  • DOI：
    10.1016/j.aquatox.2019.105352
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Aquatic Toxicology
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Lin Yang;Jie Yao;Jinge Sun;Leqian Shi;Yikai Chen;Jinsheng Sun
  • 通讯作者：
    Jinsheng Sun
植物修复治理镉污染及其镉富集分子机制研究
  • DOI：
    10.16317/j.cnki.12-1377/x.2019.11.086
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    资源节约与环保
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    曾键尧;李娜;王妍;杨琳
  • 通讯作者：
    杨琳
Linalool- and α-terpineol-induced programmed cell death in chlamydomonas reinhardtii
芳樟醇和α-萜品醇诱导莱茵衣藻程序性细胞死亡
  • DOI：
    10.1016/j.ecoenv.2018.10.062
  • 发表时间：
    2019-01-15
  • 期刊：
    ECOTOXICOLOGY AND ENVIRONMENTAL SAFETY
  • 影响因子：
    6.8
  • 作者：
    Chen, Yueting;Weng, Yuanyuan;Zuo, Zhaojiang
  • 通讯作者：
    Zuo, Zhaojiang

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其他文献

复杂项目工程延误与组织行为的关系研究
  • DOI：
    10.13991/j.cnki.jem.2020.03.017
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    工程管理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    韩文卿
芬太尼诱导的大鼠急性痛觉过敏和脊髓炎性反应有关
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    10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2017.0003
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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    黄文起
益生菌对家禽肠道微生态的调控及其应用
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    10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2017.02.008
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    杨琳
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  • DOI：
    10.13991/j.cnki.jem.2020.05.017
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    李莹
球头铣刀拐角加工铣削力预测研究
  • DOI：
    10.19356/j.cnki.1001-3997.2017.04.022
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    机械设计与制造
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    郑敏利;吴迪;杨琳;马卉
  • 通讯作者：
    马卉

其他文献

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杨琳的其他基金

谷氨酸和γ-氨基丁酸在浮萍快速应答镉胁迫中的作用研究
  • 批准号：
    32071620
  • 批准年份：
    2020
  • 资助金额：
    55 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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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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