谷氨酰胺作为长距离信号分子介导低磷胁迫和调节根际酸化的分子机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870226
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 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:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Phosphorus (P) is one of the most important plant nutrients that significantly affect growth and metabolism. Although the total amount of P in soil may be high, it is often present in unavailable forms. Low availability of P is a major constraint for crop production in many low-input systems of agriculture worldwide. Higher plants adapt to phosphorus deficiency through a complex of biological processes. Rhizosphere acidification is one of the important adaptive processes to acquire phosphorus efficiently from soil. But the mechanism of rhizosphere acidification induced by low phosphate remains unclear. p444 is a mutant with deficient rhizosphere acidification induced by low phosphate in Arabidopsis. Mapping clone studies indicate that p444 is allelic to GLU1, Which encodes the glutamate synthase (glutamine-oxoglutarate aminotransferase or GOGAT). The deficiency of GLU1 results in more glutamine accumulation in arabidopsis. The results of grafting and adding glutamine to incision of petiole indicate that glutamine can act as a long-distance signal molecular come from leaves and regulate the low phosphate induced rhizosphere acidification. In this project, we will identify the molecular mechanism for the transcription of GLU1 and the accumulation of glutamine regulated by low phosphate signals. We will also analysis the mechanism for glutamine regulate the activity of plasma membrane H+-ATPase and the secretion of organic acid from root.
根际酸化是植物适应低磷胁迫的一种生理反应,根际酸化能够活化根际不溶磷、提高土壤磷营养的利用效率,但低磷诱导根际酸化的分子机制还不清楚。p444是我们筛选得到的低磷诱导根际酸化缺失拟南芥突变体,其突变基因GLU1受低磷胁迫诱导,在叶片中表达;GLU1催化谷氨酰胺转化生成谷氨酸,GLU1功能缺失导致p444突变体的谷氨酰胺积累和根际酸化缺失;培养基中添加谷氨酰胺可抑制野生型拟南芥的根际酸化反应;嫁接和叶注射谷氨酰胺的实验表明,谷氨酰胺可能作为叶源长距离信号分子调控低磷诱导的根际酸化。本项目将进一步分析GLU1基因在响应低磷胁迫、调控根际酸化反应中的特异性,分析GLU1对谷氨酰胺含量的调控、以及谷氨酰胺作为信号分子调控根细胞质膜H+-ATPase活性和有机酸分泌的分子机制;揭示谷氨酰胺作为叶源长距离信号分子介导低磷胁迫和调控根际酸化的信号转导机制,为培育土壤磷高效作物新品种奠定理论基础。

结项摘要

根际酸化是植物适应低磷胁迫的一种生理反应,根际酸化能够活化根际难溶磷、提高土壤磷营养的利用效率。但低磷诱导根际酸化反应(PDRA)的分子机制还不清楚。p444是我们筛选得到的PDRA缺失的拟南芥突变体,其突变基因GLU1编码GS/GOGAT循环的关键酶之一。通过本项目的研究发现,GLU1基因突变导致植株地上部分无机磷含量上升、花青素积累减少、低磷响应基因表达下调,表明突变体对低磷胁迫的响应减弱。GLU1在叶片中特异性表达,其表达受低磷胁迫诱导上调。GLU1功能缺失导致GS-GOGAT循环功能紊乱,叶片中谷氨酰胺和游离铵积累,氨基酸及有机酸代谢谱发生变化。外施实验表明谷氨酰胺和游离铵可能作为长距离信号远程调控PDRA反应。此外,叶片中特异表达的GS-GOGAT循环成员GLN2功能受损也导致PDRA缺失及游离铵积累,推测地上部分GS/GOGAT循环功能的完整性是根系PDRA所必需。GLU1突变导致根系H+-ATPase酶活降低,编码H+-ATPase的AHAs基因家族成员中AHA1、AHA2和AHA7的表达下调。此外,低磷条件下glu1突变体根系分泌物中苹果酸、琥珀酸、丙酮酸和α-酮戊二酸的含量显著降低,然而根系合成的苹果酸与WT相比未见显著减少。突变体中苹果酸分泌通道编码基因ALMT1的表达显著下调,调控ALMT1的转录因子STOP1蛋白积累减少。根据以上结果,推测GLU1基因突变导致GS/GOGAT循环功能受损,游离铵或谷氨酰胺作为长距离信号分子,一方面调控根中AHA1、AHA2和AHA7在低磷下的表达,进一步影响质子泵活性和根系质子的分泌;另一方面,通过调控ALMT1基因的表达,影响根系苹果酸的分泌。通过这两个方面的作用共同调控低磷诱导的根际酸化反应。该项目的研究成果可以为提高土壤磷素的吸收利用及培育磷高效作物新品种奠定理论基础,为绿色农业的发展提供新的思路。

项目成果

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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]
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          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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