小麦小分子RNA TaMIR167和TaMIR1139应答和抵御低磷逆境的分子机理

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基本信息

  • 批准号:
    31371618
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Small RNA molecules (miRNAs) play crucial roles on responding and withstanding the low-Pi stress in plants by regulating the target genes' expression via the mechanisms of post-transcriptional modification and translational repression. Our previous studies have elucidated that two miRNAs in wheat (Triticum aestivum L.) referred to TaMIR167 and TaMIR1139 are significantly up-regulated by deficient-Pi, which further results in the down-regulated expressions of TaARF6 (auxin response factor 6), TaARF8 (auxin response factor 8), and TaUPL (Ulp1 protease-like), three target genes of TaMIR167, and TaMYB1 (MYB type transcription factor 1), TaNADH6 (NADH dehydrogenase subunit 6), and TaPT (phosphate/phosphoenolpyruvate translocator protein), three target genes of TaMIR1139. In this current project, based on the previous results obtained from TaMIR167, TaMIR1139 and their interacted target genes, we will systematically dissect the temporal and spatial expression pattern of the tested miRNAs and their target genes under various Pi-supply conditions based on the approaches of qRT-PCR and in situ hybridization. Based on the generated transgenic plants with over- and down-regulated expressions of the tested miRNAs and their target genes by DNA recombinant techniques and further genetic transformation via mediation of Agrobacterium tumefaciens, we will reveal the transcriptional profilings, protein expression patterns, and metabolic profilings regulated by TaMIR167 and TaMIR1139, and their interacted target genes. We will also separately dissect the roles of the tested miRNAs and target genes on plant's response and endurance to low-Pi stress. Moreover, based on comprehensive analysis of the research data, such as classification of the functions of differential expressed genes, proteins and metabolic substances regulated by the tested miRNAs and their interacted target genes, combined with statistical regression analysis and correlation analysis, we will elucidate the molecular networks and corresponding biochemical pathways in plants responding and withstanding to low-Pi stress mediated by the tested wheat miRNAs. The implementation of this current project could be useful to shed light up on the molecular mechanism that plants respond and withstand to low-Pi stress from the small RNA scope. Also, the results from this project could also provide important theoretical reference for generating novel crop germplasms with high-P use efficiency.
小分子RNA(miRNAs)在转录后、翻译水平调节其作用靶基因转录本数量,进而在调控植株应答和抵御低磷逆境中发挥重要作用。申请人前期发现,低磷下小麦小分子RNA TaMIR167和TaMIR1139的表达上调,造成TaMIR167靶基因TaARF6、TaARF8及TaUPL和TaMIR1139靶基因TaMYB1、TaNADH6及TaPT的转录本减少。本项目以TaMIR167和TaMIR1139及其作用靶基因为基础,阐明供试miRNAs及其靶基因应答低磷逆境的时空模式;以上、下调表达TaMIR167和TaMIR1139及其靶基因的转基因植株为材料,全面揭示供试miRNAs及其靶基因调控的转录谱、蛋白谱和代谢谱特征,系统解析供试miRNAs调控小麦应答低磷逆境的分子网络和生化代谢途径。本课题的完成,将从miRNAs角度系统阐明小麦应答和抵御低磷逆境的分子机理,为小麦磷高效遗传改良提供理论依据。

结项摘要

系统揭示miRNA介导植株抵御低磷逆境机理,对于改善作物磷利用效率具有重要意义。本课题对小麦miR167和miR1139介导植株抵御低磷逆境能力进行研究,研究内容和主要结果如下。.1. TaMIR167作用靶基因生长素响应基因ARF6和ARF8,miR167a及其靶基因应答低磷逆境模式相反,表明ARF6和ARF8受到miR167a转录后调节。超表达miR167a和下调表达ARF6及ARF8株系,低磷下植株长势较对照变差,表明该miRNA/靶基因模块在调控植株应答低磷逆境中发挥重要功能。miR167a和靶基因株系低磷下单株干重和磷累积量减少,细胞保护酶活性下降,与其对转录谱和蛋白谱进行较大调控有关。miR167a调控磷转运蛋白基因PT1转录,参与对植株响应低磷逆境的调控。.2. TaZAT8为miR167a调控下游基因,对低磷胁迫明显应答。与对照相比,超表达TaZAT8转化株系植株长势明显改善,含磷量增加,抵御低磷逆境能力增强。这与其调控磷转运蛋白基因PT1和PT2转录有关。TaZAT8显著增强低磷逆境下细胞保护酶活性和特定细胞保护酶基因表达水平。TaZAT8通过调控部分介导生长素转运PIN基因转录,改善低磷逆境下根体建成,增强植株抵御低磷逆境能力。.3. TaMIR11397个靶基因,分别归属于信号转导、激素响应、转运和生化代谢功能类别。靶基因应答低磷特征与TaMIR1139相反,证实各靶基因受到miRNA的转录后调节。超表达TaMIR1139株系低磷逆境下表型、植株干质量和含磷量明显改善、光合能力增强。TaMIR1139对低磷逆境下植株转录谱和蛋白谱具有较大调控效应。该小分子RNA介导植株抵御低磷逆境能力,与期调控特定磷素吸收PT基因转录有关。.4. TabHLH1为TaMIR1139下游基因,对低磷和低氮逆境显著应答。超表达该基因显著增强植株抵御低磷及低氮能力,与对照相比,转化株系植株个体增大,干质量和磷累积量增加,这与其对磷转运蛋白PT1转录调控,进而改善植株低磷逆境下磷素吸收有关。TabHLH1通过调控特定细胞保护酶基因转录,对细胞保护酶活性和活性氧内稳态产生较大调控,参与TaMIR1139介导植株抵御低磷逆境过程。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Expression pattern and function analyses of the MADS thranscription factor genes in wheat (Triticum aestivum L.) under phosphorus starvation condition
磷饥饿条件下小麦MADS转录因子基因的表达模式及功能分析
  • DOI:
    10.1016/s2095-3119(15)61167-4
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Integrative Agriculture
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Shi Shu-ya;Zhang Fei-fei;Gao Si;Xiao Kai
  • 通讯作者:
    Xiao Kai
Expression profile and function characterization of the MYB type transcription factor genes in wheat (Triticum aestivum L.) under phosphorus deprivation
缺磷条件下小麦 MYB 型转录因子基因的表达谱和功能表征
  • DOI:
    10.1007/s11738-015-1997-2
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    ACTA PHYSIOLOGIAE PLANTARUM
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Fang, Weibo;Ding, Weiwei;Xiao, Kai
  • 通讯作者:
    Xiao, Kai
TabHLH1, a bHLH-type transcription factor gene in wheat, improves plant tolerance to Pi and N deprivation via regulation of nutrient transporter gene transcription and ROS homeostasis
TabHLH1 是小麦中的 bHLH 型转录因子基因,通过调节养分转运蛋白基因转录和 ROS 稳态来提高植物对 Pi 和 N 缺乏的耐受性
  • DOI:
    10.1016/j.plaphy.2016.03.023
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Plant Physiology and Biochemistry
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Yang Tongren;Hao Lin;Yao Sufei;Zhao Yuanyuan;Lu Wenjing;Xiao Kai
  • 通讯作者:
    Xiao Kai
磷转运蛋白基因TaPHT2;1在染色体上定位及对小麦磷素吸收和利用效率的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭程瑾;路文静;李小娟;肖凯
  • 通讯作者:
    肖凯
Expression and functional analyses of the mitogen-activated protein kinase (MPK) cascade genes in response to phytohormones in wheat (Triticum aestivum L.)
小麦(Triticum aestivum L.)响应植物激素的丝裂原激活蛋白激酶(MPK)级联基因的表达和功能分析
  • DOI:
    10.1016/s2095-3119(16)61367-9
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Integrative Agriculture
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Yao Su-fei;Wang Yan-xia;Yang Tong-ren;Hao Lin;Lu Wen-jing;Xiao Kai
  • 通讯作者:
    Xiao Kai

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其他文献

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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李宏霞

其他文献

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小麦NF-YB转录因子家族成员介导植株抵御干旱逆境的分子机理
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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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