化感水稻介导特异根际微生物抑草作用的过程与机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31271670
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1309.稻类作物栽培学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The interactions between plant allelochemicals and rhizospheric microbes are highlighted recently and become a hot issue. To further understand the rhizosphere biological process and its underlying mechanism between the two factors is favorable for providing theory evidence to control weeds in practical uses. The protocol is designed based on our previous studies. Allelopathic rice cultivars PI 312777 and its counterpart Lemont as well as a specific myxobacteria were used as experimental materials to study the ecological roles of myxobacteria in the rhizosphere of allelopathic rice. The RNAi and overexpression of phenolics synthesis related-gene PAL-21 and momilactone synthesis related-gene sDPT-2 were performed in both allelopathic and non-allelopathic rice cultivars. The dynamics of allelopathic compounds of these transgenic rice plants would be determined along with their effects on the growth of myxobacteria, in order to confirm the positive effect of allelochemicals released by allelopathic rice on the growth of myxobacteria. Furthermore, the myxobacteria labeled with green fluorescence protein (GFP) would be incubated with key amino acid, phenolic acid, terpenoid and flavonoid in the sterile soil and then the amounts of myxobacteria would be measured using qRT-PCR in situ,and the content of soraphen A in the test strain will also detected by HPLC. Based on the researches mentioned above, the weed controlling effect of myxobacteria and its fermented liquid were assessed by bioassay method and the components of the fermented liquid were determined using GC-MS and HPLC. It is expected to further uncover the rhizospheric biological process and its underlying mechanism of allelopathic rice accession in the suppression of the target weeds.
作物化感物质与根际土壤微生物的互作关系是当前国际研究的热点,揭示这一生态过程与作用机制可以为建立生态安全防控杂草技术提供重要依据。本研究以化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont为材料,并利用从化感水稻根际土壤分离与鉴定得到的一种特异粘细菌,研究该菌在水稻化感抑草作用的根际生物学过程与机制。试验拟分别RNA干扰和过量表达水稻酚酸类合成关键基因PAL-21以及萜类momilactone合成关键基因sDPT-2;在试验室条件下,动态检测转化后水稻较其野生型的化感物质变化对该菌生长的影响,确认是酚酸类还是萜类物质对该菌呈促进作用;进一步转绿色荧光蛋白基因入该菌,并接种到分别添加不同浓度的关键氨基酸、酚酸、萜类和黄酮类的无菌土壤中,原位和定量检测该菌数量和soraphen A含量,验证化感物质的作用;并分析该菌发酵液组分,评价发酵液及菌株的抑草效果,阐明作用机理。

结项摘要

作物化感物质与根际土壤微生物的互作关系是当前国际研究的热点,揭示这一生态过程与作用机制可以为建立生态安全防控杂草技术提供重要依据。本项目通过研究发现,苗期水稻随着叶龄的增加,其根际土壤中的粘细菌属微生物的数量增加,但其化感潜力强的水稻根际土壤中的数量明显高于化感潜力弱的水稻根际土壤中的数量。对水稻苗期酚酸类物质的检测发现,化感水稻根际土壤中的酚酸类物质变化多呈现出“高-低-高”趋势,并以2叶期,3叶期和5叶期酚酸类物质总量较高,该变化趋势与其根际土壤粘细菌种群数量的动态变化情况相一致,即粘细菌数量与酚酸含量呈正相关。外源添加酚酸类物质对土壤粘细菌属微生物有明显的促进作用。抑制化感水稻的PAL基因表达后,其分泌进入根际土壤酚酸类物质总含量明显降低,根际土壤中的粘细菌数量也减少。进一步从强化感水稻根际土壤中分离得到4株粘细菌,这4株粘细菌对稗草的发芽率和茎长生长均显示较强的抑制能力,且阿魏酸诱导能够显著提高粘细菌的抑草能力。GC-MS鉴定结果显示,阿魏酸诱导后的粘细菌中,其次级代谢产物的数量和浓度均较对照组存在明显差异,且在添加阿魏酸后的粘细菌次级代谢产物中发现含有多种具有生物作用的物质,表明酚酸类化感物质可刺激粘细菌的生长以及其有效代谢产物的合成。此外,阿魏酸诱导还使得粘细菌中与细胞表面的信号识别因子及受体、营养生长、运动、其他信号响应与转导、代谢过程、次级代谢物质产生、群体捕食、转运和胞内运输相关的蛋白均增强表达。对部分差异蛋白进行转录水平验证,结果显示不同浓度阿魏酸诱导下frzS、MXAN_2023、MXAN_3668和MXAN_3339基因在mRNA水平和相应蛋白水平的变化情况基本一致。进一步对Frz基因家族另外5个成员基因frzA、frzB、frzCD、frzE、frzG的表达变化模式进行检测,结果也显示0.10mM阿魏酸诱导下黄色粘球菌中5个Frz成员基因均明显上调表达。上述研究结果表明化感水稻通过根系分泌的酚酸类化感物质与其根际土壤中的粘细菌相互作用,促进了粘细菌的增殖及其对酚酸类化合物的转化与利用,两者最终协同作用抑制邻近稗草的生长。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Method for RNA extraction and cDNA library construction from microbes in crop rhizosphere soil
作物根际土壤微生物RNA提取及cDNA文库构建方法
  • DOI:
    10.1007/s11274-013-1504-0
  • 发表时间:
    2014-02
  • 期刊:
    World Journal of Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Changliang Ye;Likun Huang;Qingshui Wang;Wenxiong Lin
  • 通讯作者:
    Wenxiong Lin
化感水稻抑草作用的根际生物学特性与研究展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林文雄
  • 通讯作者:
    林文雄
Changes in Rice Allelopathy and Rhizosphere Microflora by Inhibiting Rice Phenylalanine Ammonia-lyase Gene Expression
抑制水稻苯丙氨酸解氨酶基因表达对水稻化感作用和根际微生物区系的影响
  • DOI:
    10.1007/s10886-013-0249-4
  • 发表时间:
    2013-02-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF CHEMICAL ECOLOGY
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Fang, Changxun;Zhuang, Yuee;Lin, Wenxiong
  • 通讯作者:
    Lin, Wenxiong
OsMYB 调控化感水稻酚酸类物质合成及其抑草作用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李程勋;钟永嘉;方长旬;林文雄
  • 通讯作者:
    林文雄

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  • 通讯作者:
    林文雄

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AI项目解读示例

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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