日本结缕草SGR介导NYC1调控叶绿素b降解的分子机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31901397
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    滕珂
  • 依托单位：
    北京市农林科学院
  • 学科分类：
    C1602.草培育、保护与利用
  • 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 shorter green period of Zoysia japonica is becoming a prominent barrier preventing its market promotion in China, highlighting the importance of better understanding its chlorophyll degradation mechanism. We have interpreted the function and the transcriptional regulation mechanism of STAY-GREEN gene (SGR) from Zoysia japonica in our previous study. It was found that SGR could activate the expression of Non-Yellow Coloring 1 (NYC1) and consequently decrease the chlorophyll b content. However, the underlying mechanism of this new observation is still unknown. This project intends to clone ZjNYC1, investigate its function and explore the regulating mechanism in controlling chlorophyll b degradation. To investigate the upstream regulating mechanism of ZjNYC1, yeast One-Hybrid screening, EMSA and firefly luciferin assay will be utilized to screen potential transcription factors which can bind to the promoter and regulating the expression of ZjNYC1. Then the molecular mechanism of ZjSGR regulating ZjNYC1 will be proposed base on the results of RNA-sequencing results and physiological metabolism of transgenic lines. This project will not only enrich our knowledge of the chloroplast-to-nucleus communication in the process of chlorophyll degradation, but also provide theoretical basis in the green period management of Zoysia japonica in practice.
较短的绿期限制了结缕草的进一步推广应用，诠释结缕草叶绿素降解的分子调控机制对于结缕草绿期调控愈发重要。申请人前期工作发现日本结缕草滞绿基因SGR可促进叶绿素b还原酶基因NYC1的表达，且加速了叶绿素b的降解。然而，SGR介导NYC1调控叶绿素b降解的分子机理仍不清楚。本项目拟在此基础上，对日本结缕草ZjNYC1基因进行克隆，通过转基因的方法分析其在叶绿素b降解中的作用及转录调控机制。利用酵母单杂、EMSA和荧光素酶系统筛选可结合ZjNYC1基因启动子的转录因子，探析ZjNYC1的上游调控机制。通过分析转基因株系的转录组和生理代谢变化，挖掘ZjSGR调控ZjNYC1的途径，解析ZjSGR通过介导ZjNYC1调控叶绿素b降解的分子机制。研究结果将不仅有助于丰富我们对叶绿素降解过程中的叶绿体-细胞核的信息交流的认识，而且还能够为结缕草的绿期调控和管理提供理论依据。

结项摘要

结缕草(Zoysia spp. Willd.)是我国的优良乡土草坪草，是目前少有的不依赖进口的草坪草种之一，对促进我国草种业的健康发展具有重要意义。然而，较短的绿期限制了结缕草的进一步推广应用，系统诠释结缕草叶绿素降解的调控机制十分必要。本研究在前期滞绿基因（SGR）功能研究的基础上，进一步选择叶绿素降解通路中的叶绿素b还原酶基因NYC1为切入点，系统解析了其在调控叶绿素降解和光合作用中的机制。首先，克隆获得了结缕草ZjNYC1基因（GenBank登录号：MW838182）及其启动子序列。本生烟草和结缕草原生质体中的亚细胞定位结果均证明ZjNYC1定位于叶绿体。同时克隆了叶绿素b还原酶的另一个基因ZjNOL，在本生烟草、结缕草原生质体和酵母中研究了两个叶绿素b还原酶的互作情况，结果证明ZjNYC1和ZjNOL的互作需要SGR的介导。其次，转基因试验证明了ZjNYC1能够促进叶绿素降解，并加速叶片衰老。对ZjNYC1过表达株系进行了转录组测序和叶绿素荧光动力学曲线的联合分析，结果发现ZjNYC1可通过抑制PSII、PSI和中间电子传递系统来抑制光合作用。卡尔文循环和光呼吸作用效率也受到了抑制，导致碳同化降低，抗氧化系统受到紊乱。还发现ZjNYC1可激活ABA和乙烯的信号转导和生物合成通路。此外，在构建高质量结缕草衰老叶片cDNA文库的基础上，利用酵母单杂筛库获得了能够结合ZjNYC1启动子并激活其表达的转录因子ZjMYB，探析了ZjNYC1的上游调控机制。利用基因编辑技术敲除结缕草ZjSGR基因，获得了ZjSGR敲除株系。分析了ZjSGR基因对ZjNYC1功能的影响，发现ZjNYC1表达降低，并且叶绿素b含量高于对照，表明ZjSGR介导了ZjNYC1对叶绿素b降解的调控。综上所述，本研究揭示了ZjSGR对ZjNYC1的介导作用，证明了ZjNYC1在促进叶绿素降解、叶片衰老和破坏光系统的结构和功能等方面具有重要作用，为结缕草遗传改良提供了理论依据。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
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专利数量（0）
Functional characterization of the chlorophyll b reductase gene NYC1 associated with chlorophyll degradation and photosynthesis in Zoysia japonica
结缕草叶绿素b还原酶基因NYC1与叶绿素降解和光合作用相关的功能表征
  • DOI：
    10.1016/j.envexpbot.2021.104607
  • 发表时间：
    2021-08-12
  • 期刊：
    ENVIRONMENTAL AND EXPERIMENTAL BOTANY
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Teng, Ke;Tan, Penghui;Wu, Juying
  • 通讯作者：
    Wu, Juying
Functional Characterization of the Pheophytinase Gene, ZjPPH, From Zoysia japonica in Regulating Chlorophyll Degradation and Photosynthesis.
结缕草脱镁叶绿素酶基因 ZjPPH 在调节叶绿素降解和光合作用中的功能特征
  • DOI：
    10.3389/fpls.2021.786570
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Frontiers in plant science
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Teng K;Yue Y;Zhang H;Li H;Xu L;Han C;Fan X;Wu J
  • 通讯作者：
    Wu J
日本结缕草ZjNAC3基因的克隆与功能分析
  • DOI：
    10.16742/j.zgcdxb.20200201
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    中国草地学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    姜红岩;刘凌云;檀鹏辉;尹淑霞;滕珂
  • 通讯作者：
    滕珂
日本结缕草ZjNAC3基因在盐胁迫中的功能
  • DOI：
    10.11829/j.issn.1001-0629.2021-0102
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    草业科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    姜红岩;范希峰;温海峰;韩朝;滕文军;滕珂;尹淑霞
  • 通讯作者：
    尹淑霞
Zoysia japonica Chlorophyll b Reductase Gene NOL Participates in Chlorophyll Degradation and Photosynthesis.
结缕草叶绿素b还原酶基因NOL参与叶绿素降解和光合作用
  • DOI：
    10.3389/fpls.2022.906018
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    FRONTIERS IN PLANT SCIENCE
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Guan, Jin;Teng, Ke;Yue, Yuesen;Guo, Yidi;Liu, Lingyun;Yin, Shuxia;Han, Liebao
  • 通讯作者：
    Han, Liebao

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其他文献

草地早熟禾叶绿素酶1基因PpCHL1的克隆和表达分析
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  • 通讯作者：
    尹淑霞
日本结缕草ZjNAC2转录激活验证及互作蛋白的初步筛选
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2019
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    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    姜红岩;滕珂;檀鹏辉;尹淑霞
  • 通讯作者：
    尹淑霞
非饱和膨胀土与红粘土的对比试验研究及微观结构分析
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    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    公路工程
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  • 作者：
    滕珂;肖宏彬;许豪;金文婷;TENG Ke1,XIAO Hongbin1,2,XU Hao3,JIN Wenting1(1.In;2.Cental South University of Forestry;Technolo;3.Design & Research Institute of Henan Petroleum E
  • 通讯作者：
    3.Design & Research Institute of Henan Petroleum E
日本结缕草ZjHCT基因的克隆及转录自激活检测
  • DOI：
    10.13271/j.mpb.017.004617
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    分子植物育种
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    董笛;王焕英;滕珂;檀鹏辉;晁跃辉;韩烈保
  • 通讯作者：
    韩烈保

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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          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]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
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