小麦中MSR（methionine sulfoxide reduetase）基因在植物耐逆中的作用机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31471486
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    陈凡国
  • 依托单位：
    山东大学
  • 学科分类：
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Drought and high salinity are important factors limiting growth and yield of plant. Therefore, it is one of the key strategies in the future to characterize more abiotic resistance related genes for crop improvement. It was not reported about the molecular mechanism of MSR gene although its family has been cloned from Arabidopsis and rice. MSR genes can be induced by various abiotic stresses, and MSR can clear the excess ROS in plant cell, and also can catalyze the reduction of R and S MetSO (free and peptide) oxidized by ROS in vitro, suggesting they could play important roles in stress response. We characterized two abiotic stress-induced MSR genes, TaMSRB3.1 and TaMSRA4.1, from a wheat somatic hybridid cv.SR3 with high salt resistance, and found that overexpression of them in Arabidopsis and wheat could enhance their abiotic stress tolerance. In this project, we will clone MSR gene family and detect the response profiles of TaMSRB3.1 and TaMSRA4.1 to various abiotic stresses, characterize their substrates, identify the important genes regulated by TaMsrB3.1 and TaMsrA4.1, discover the relationship between them and ROS/ABA pathways, and isolate transcripnal factors regulating the expression of TaMSRB3.1 and TaMSRA4.1. It will primarily elucidate the underlying mechanism of MSR genes in abiotic stress tolerance in plants.
干旱和高盐等逆境是限制植物产量的重要因素。因此，鉴定抗逆相关基因用于作物改良是未来抗逆育种的关键策略之一。MSR基因已在拟南芥和水稻等植物中克隆，但其作用机制未见报道。MSR能被多种非生物胁迫诱导表达，而且MSR可以清除机体内过量的ROS，也可以体外催化因ROS氧化的R和S型MetSO的还原，暗示其在植物胁迫应答中发挥作用。申请人从体细胞渐渗系耐盐新品种SR3中克隆了非生物胁迫响应基因TaMSRB3.1和TaMSRA4.1，其在拟南芥和小麦中过表达能提高耐盐、抗旱、抗氧化能力。本申请拟系统并首次克隆小麦MSR基因家族，揭示TaMSRB3.1和TaMSRA4.1的在非生物胁迫下的响应特征，鉴定其体内底物，研究该基因调控的下游基因及其与ABA和ROS途径的关联，发现调控TaMsrB3.1和TaMsrA4.1表达的重要转录因子，初步阐明其在应答非生物胁迫的作用机制。

结项摘要

本研究以山融三号甲硫氨酸亚砜还原酶基因TaMSRA4.1和-B3.1为研究对象，利用小麦过表达体和拟南芥相关遗传材料，对TaMSRA4.1的基因功能和作用机制进行了全面详细的研究。本研究系统养久了小麦MSR基因家族的序列，并在基因结构，蛋白特征、分子进化、功能结构域及酶学性质等方面进行分析；发现TaMSRA4.1和B3.1蛋白主要定位于叶绿体中；它们的表达并无组织特异性，但在叶和茎中表达较高，且能够被盐、旱胁迫所诱导。以扬麦20、TaMSRA4.1和-B3.1小麦过表达系及拟南芥野生型Col-0、TaMSRA4.1/B3.1拟南芥过表达系及msra4拟南芥突变体等为材料，分别进行不同程度的盐旱处理观察野生型和过表达体的表型实验，结果发现TaMSRA4.1能够显著的提高小麦及拟南芥对盐旱胁迫的抗性;B3.1能提高植物的抗旱性。通过对小麦及拟南芥各个株系进行ROS染色实验发现，它们能够显著的降低小麦及拟南芥在盐旱处理下的ROS积累，减轻氧化损伤，增强氧化清除酶类如SOD及CAT等的酶活，降低MDA含量。通过检测ROS通路的marker gene，结果发现它们通过抑制ROS信号传导通路相关基因及ROS产生相关基因，促进ROS清除相关基因的表达来维持ROS平衡。通过气孔运动实验发现TaMSRA4.1能够提高小麦及拟南芥气孔对于ABA的敏感性，对ABA通路相关Marker gene的检测及TaMSRA4.1/aba2表型实验结果表明，TaMSRA4.1能够分别调控ABA的内源合成及下游逆境胁迫响应基因的表达。. 通过生物信息学预测分析血红素加氧酶TaHO1可能是TaMSRA4.1/B3.1潜在互作蛋白。通过酵母双杂、BiFC、Co-IP等实验证明它们与TaHO1能够互作结合，并且结合区域为TaHO1蛋白的Heme Domain（Heme区）。通过体外底物酶活反应实验证明，TaHO1是TaMSRA4.1/B3.1的底物。药理学表型实验及遗传实验证实，它们是通过与TaHO1的互作，一方面作用于ROS通路，另一方面作用于ROS通路发挥抗逆作用，二者对盐旱响应的差异需要进一步研究。

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（3）
Wheat methionine sulfoxide reductase genes and their response toabiotic stress
小麦蛋氨酸亚砜还原酶基因及其对非生物胁迫的响应
  • DOI：
    10.1007/s11032-016-0597-1
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Mol Breeding
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    丁鹏程;高艳坤;朱建堂;陈凡国;夏光敏
  • 通讯作者：
    夏光敏
植物Msr(methionine sulfoxide reductase)基因家族的研究进展
  • DOI：
    10.13488/j.smhx.20150303
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    生命的化学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    黄舒;李刚;朱建堂;李翔;陈凡国;夏光敏
  • 通讯作者：
    夏光敏
5-azacytidine treatment and TaPBF-D over-expression increases glutenin accumulation within the wheat grain by hypomethylating the Glu-1 promoters
5-氮杂胞苷处理和 TaPBF-D 过表达通过 Glu-1 启动子的低甲基化增加了小麦籽粒内麦谷蛋白的积累
  • DOI：
    10.1007/s00122-017-3032-z
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Theor Appl Genet
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    朱建堂;房琳琳;于佳锜;赵莹;陈凡国;夏光敏
  • 通讯作者：
    夏光敏
The Brachypodium distachyon methionine sulfoxide reductase gene family
二穗短柄草甲硫氨酸亚砜还原酶基因家族
  • DOI：
    10.1007/s13258-017-0561-4
  • 发表时间：
    2017-09-01
  • 期刊：
    GENES & GENOMICS
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Gao, Yankun;Zhu, Jiantang;Xia, Guangmin
  • 通讯作者：
    Xia, Guangmin

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其他文献

Structure,variation and expression analysis of glutenin gene promoters from triticum aestivum cultivar chinese spring shows the distal region of promoter 1Bx7 is the key regulatory sequence
中国春小麦麦谷蛋白基因启动子的结构、变异及表达分析表明启动子1Bx7的远端区域是关键调控序列
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Gene
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    张雪;赵莹;陈凡国;夏光敏
  • 通讯作者：
    夏光敏
普通小麦的体细胞胚发生、发育相
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    山东大学学报，39(3): 99-104，2004
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈凡国;张华;支大英;朱翔宇
  • 通讯作者：
    朱翔宇

其他文献

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陈凡国的其他基金

小麦高分子量谷蛋白基因甲基化修饰与表达关系研究
  • 批准号：
    31271706
  • 批准年份：
    2012
  • 资助金额：
    80.0 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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