关于光致盐胁迫水稻(Oryza sativa L.)Na+离子流逆转机制的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870843
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0503.细胞感应与环境生物物理
  • 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

Rice is used as the food for about half of the world’s population. Because it is a salt-sensitive crop, salinity is a major negative constraint to rice production, while light is a major positivity in plant growth and development. How plants integrate the external light and salinity signals remains poor understandings. To get the insights to compensate this negatively affected salt stress-induced signals with a positively affected physical light condition, here, we proposed the study of the integrated switchable signals of salt stress and light stimuli. The real-time light-inducible ion efflux signals, J(Na+), J(K+), J(H+), J(Cl-) and J(Ca2+), from the rice root would be related with the external salt stress. Our preliminary works showed in general that net effluxes of cations of the NaCl-treated rice were enhanced by light exposure, except J(Na+). This new finding would be a critical clue to understand the damaging mechanism from the salt-stress for the salt-sensitive plants, like rice (Oryza sativa L.). This unique reversed mechanism of J(Na+) has to be confirmed, characterized, and identified down to the molecular level. Therefore, this work will be included the study of signal analysis, the transcriptomic analysis, and proteomic analysis. In addition, temporal disruption of salt stress in ion and water homeostasis will be studied by choosing the key players of Na+ extrusion channels (SOS and voltage-gated ion channel) and water flux Theoretical model will be built, and computational simulation will be performed for confirming. This unique study of a light-inducible ionic switch for rice will be a cornerstone for building a possible compensating mechanism for salt-damaging mechanism.
水稻是盐敏感农作物,土壤盐化是影响水稻产量的关键不利因素。光对植物生长发育起着有益作用。植物对外部光和盐浓度的综合机制还不清楚。我们拟研究盐胁迫和光刺激之间的信号相互作用,了解有益的光信号是如何转换高盐给植物带来的负面影响。为了研究光对盐胁迫的影响,我们初步研究了水稻根部的实时光刺激诱导的离子流出信号(Na+,K+,H+,Cl-和Ca2+)与外部盐浓度的关系。结果显示,光照使盐胁迫的水稻根部除Na+外的其它净阳离子流出量增多。为了在分子水平上研究新发现的Na+信号反转机制,本项目从信号分析、转录组分析和蛋白质组分析等方面进行研究。此外,通过对Na+排出起主要作用的SOS和电压门控离子通道和水通量进行实时检测来研究盐胁迫作用对离子稳态和水稳态的破坏影响。最后建立理论模型并进行计算机模拟以确认我们的研究观点和结果。本项新发现对了解高盐对盐敏感水稻产生的破坏机制和建立恢复机制至关重要。

结项摘要

水稻是一种盐敏感作物,土壤盐化是影响水稻产量的关键不利因素。光对植物生长发育起着有益作用,但植物对外部光和盐浓度的综合机制目前还不清楚。在本研究中,我们证明光照增强了无盐和NaCl处理水稻根部的阳离子(Na+、K+、H+和Ca2+)外排,但NaCl处理水稻在光照状态下Na+、J(Na+)净通量相反。这种倒置的光诱导J(Na+)信号表明盐胁迫和光信号之间存在交替串扰,盐胁迫通过下调光受体干扰Na+的转运。蛋白质-蛋白质相互作用网络显示,桥接组和AKT1钾通道存在光敏色素(phychrome, PHY) A、B、光促素(PHOT) 1A、1B和2,桥接组和阳离子转运组界面存在价阳离子/H+反转运蛋白和Na+/K+反转运蛋白(SOS1)。接下来差异表达基因分析显示,10 mM NaCl处理7天以上,茎部光受体无显著变化(Log2(FC)< 0.5),根部OsHKT2、1m OsHKT1;5、AKT1和AKT2 (Log2(FC) < -2, p-value < 0.01)均显著下调。虽然SOS1没有显著的表达变化(Log2(FC) < 0.5),但盐胁迫诱导的抗氧化下调会干扰质膜H+泵,如阳离子/H+反转运蛋白(CHX17),将Na+信号逆转到光。此外,我们利用STORM超分辨成像可视化Na+选择性通道OsHKT2;1和SOS1的表达分布。结果表明,NaCl刺激组将这些跨膜通道分散在细胞质和质膜上,而无盐组沿质膜分布良好。最后,Ca2+介导的Na+信号的初步理论模型显示J(Na+)随着外部[NaCl]的增加而降低。为改进模型,提出了含H+介质的交替理论模型。这种独特的倒置光诱导J(Na+)开关为理解盐胁迫和光信号之间的相互作用提供了一种新的范式。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Super-resolution microscopy reveals nanoscale architecture and regulation of podosome clusters in primary macrophages.
超分辨率显微镜揭示了初级巨噬细胞中足体簇的纳米级结构和调控
  • DOI:
    10.1016/j.isci.2022.105514
  • 发表时间:
    2022-12-22
  • 期刊:
    ISCIENCE
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Hu, Fen;Zhu, Donglan;Dong, Hao;Zhang, Ping;Xing, Fulin;Li, Wan;Yan, Rui;Zhou, Jun;Xu, Ke;Pan, Leiting;Xu, Jingju
  • 通讯作者:
    Xu, Jingju
结合多次DBSCAN和层次聚类算法的膜蛋白单分子定位超分辨图像分割
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨建宇;胡芬;邢福临;董浩;候梦迪;李任植;潘雷霆;许京军
  • 通讯作者:
    许京军
Regulation of actin cytoskeleton via photolithographic micropatterning
通过光刻微图案调节肌动蛋白细胞骨架
  • DOI:
    10.1142/s1793545822440059
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Journal of Innovative Optical Health Sciences
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Fulin Xing;Haimei Zhang;Mengyu Li;Hao Dong;Xuehe Ma;Shiyu Deng;Fen Hu;Imshik Lee;Leiting Pan;Jingjun Xu
  • 通讯作者:
    Jingjun Xu
Single-Molecule Localization Super-Resolution Microscopy and Its Applications
  • DOI:
    10.3788/lop202158.1200001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    LASER & OPTOELECTRONICS PROGRESS
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Yang Jianyu;Dong Hao;Xing Fulin;Hu Fen;Pan Leiting;Xu Jingjun
  • 通讯作者:
    Xu Jingjun
Calcium response of spatially arranged cell networks to shear stress by confined single cell patterned microfluidic chips
受限单细胞图案微流控芯片空间排列细胞网络对剪切应力的钙响应
  • DOI:
    10.1016/j.bbrc.2022.04.049
  • 发表时间:
    2022-04-27
  • 期刊:
    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Meng,Guixian;Fang,Fang;Zhao,Chen
  • 通讯作者:
    Zhao,Chen

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新型微流控多剪切力芯片的数值模拟及其应用(英文)
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  • 作者:
    寇松姿;孟桂先;潘雷霆;王晓旭;鞠治强;李任植
  • 通讯作者:
    李任植
计算分析抗药突变型乙酰乳酸合成酶对黄酰脲类除草剂的响应
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Weed Research
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    崔文明;崔文;李任植;吴明根
  • 通讯作者:
    吴明根

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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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