珍稀濒危植物珙桐自噬相关基因DiATG3在高温胁迫响应中的功能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900277
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0208.植物资源保护与利用
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Davidia involucrata Baill. is a Tertiary relict tree species endemic to China and is reputed to be a ‘living fossil’ in the plant kingdom. It is also a rare and endangered species that has been listed as a first-grade nationally protected plant of China. High temperature is a major environmental stress limiting the distribution of natural D. involucrata population and ex situ cultivation. However, the molecular mechanisms underlying the response of D. involucrata to heat stress are poorly understood. Previously, we performed de novo transcriptome sequencing of D. involucrata leaves exposed to heat stress, identified differentially expressed genes, and found that DiATG3 was highly induced upon heat treatment. In this project, we aim to clone and characterize the DiATG3 gene promoter, and identify the upstream regulators of DiATG3. Furthermore, we will establish the expression pattern at the protein level, investigate the subcellular localization of the DiATG3 protein, analyze the interactions between DiATG3 and DiATG8, and perform functional complementation in the yeast atg3 mutant. Importantly, Arabidopsis lines overexpressing DiATG3 will be generated. Subsequently, we will determine autophagic activities, observe the growth phenotype, measure physiological and biochemical indexes of heat tolerance, and analyze the transcriptional profiles in DiATG3-overexpressing Arabidopsis plants. In addition, we will assess the impact of pretreatment with autophagy modulators on stress tolerance of D. involucrata. The expected results of this project will help to unravel the molecular basis of heat stress response in D. involucrata, and also provide new strategies for effective conservation and utilization of rare and endangered plant resources.
珙桐是我国特有的第三纪孑遗树种,被誉为植物界的“活化石”,属国家一级重点保护珍稀濒危植物。高温是限制珙桐种群分布以及引种栽培的主要环境因素,但珙桐响应高温胁迫的分子机制目前尚不清楚。在前期研究中,我们对高温胁迫下的珙桐叶片转录组进行分析,得到差异表达基因,筛选出响应高温胁迫的自噬相关基因DiATG3。在此基础上,本项目拟克隆DiATG3基因启动子序列,分析启动子功能,并分离上游调控因子;建立其蛋白水平的表达模式,研究蛋白亚细胞定位,分析DiATG3与DiATG8的相互作用,进行酵母异源功能互补;创建过表达DiATG3的转基因拟南芥,分析转基因拟南芥的自噬活性、生长表型以及耐热性生理生化指标,并进行转录水平的分析。此外,将分析自噬调节剂预处理对珙桐逆境耐受性的影响。本研究结果不仅有助于揭示珙桐高温逆境应答的分子机理,而且可以为珍稀濒危植物资源的有效保护及开发利用提供新的思路。

结项摘要

高温是珙桐引种栽培的主要限制因子,严重影响了对珙桐种质资源的有效保护。细胞自噬作为维系细胞稳态的关键机制,在植物响应高温胁迫中发挥重要作用。本研究从珙桐中克隆出一个受高温胁迫显著诱导的自噬相关基因DiATG3,并对其进行一系列生物学功能研究,解析了DiATG3调控高温胁迫应答的作用机制。基于植物稳定转化体系的亚细胞定位分析表明DiATG3主要定位于细胞质。研究发现拟南芥中过表达DiATG3基因提高了对高温胁迫的耐受性。进一步研究表明,DiATG3过表达株系的光合能力增强,抗氧化酶活性升高。同时,DiATG3过表达促进了高温胁迫下多胺的积累,并提高了自噬活性。通过转录组分析,发现DiATG3过表达在高温胁迫下激活了钙信号通路和MAPK信号通路,并诱导了AtHSFA3、AtDREB2C、AtWRKY26和AtWRKY33等重要逆境相关基因的表达。此外,发现施用自噬调节剂AZD8055可以有效缓解高温对珙桐幼苗的伤害。本项目的实施进一步阐明了自噬途径在植物逆境胁迫响应中的作用,同时为全球气候变化背景下濒危植物的引种栽培提供了新的策略。

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(1)
珙桐—灯台树枝和叶的水提物对白菜种子萌发和幼苗生长的化感效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    植物研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王欢;徐云飞;刘一伯;刘沁松;徐文娟;龙芸;胥晓
  • 通讯作者:
    胥晓
细胞自噬在植物高温及干旱胁迫响应中的作用机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    植物生理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林思琪;刘沁松
  • 通讯作者:
    刘沁松
Exogenous melatonin-stimulated transcriptomic alterations of Davidia involucrata seedlings under drought stress
干旱胁迫下外源褪黑激素刺激珙桐幼苗的转录组变化
  • DOI:
    10.1007/s00468-021-02099-7
  • 发表时间:
    2021-03-01
  • 期刊:
    TREES-STRUCTURE AND FUNCTION
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Liu, Qinsong;Feng, Zhiqiang;Xu, Xiao
  • 通讯作者:
    Xu, Xiao
珙桐(Davidia involucrata Baill.)苞片功能性状及性状间关系对海拔的响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    生态学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘婷婷;刘沁松;徐文娟;徐治兵;李中阳;杨宝臻;胥晓
  • 通讯作者:
    胥晓
Twigs of dove tree in high-latitude region tend to increase biomass accumulation in vegetative organs but decrease it in reproductive organs.
高纬度地区珙桐的小枝往往会增加营养器官的生物量积累,但会减少生殖器官的生物量积累
  • DOI:
    10.3389/fpls.2022.1088955
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    FRONTIERS IN PLANT SCIENCE
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Liang, Zhengchuan;Liu, Tingting;Chen, Xiaoyan;Xu, Wenjuan;Dong, Tingfa;Liu, Qinsong;Xu, Xiao
  • 通讯作者:
    Xu, Xiao

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其他文献

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刘沁松的其他基金

濒危植物珙桐DiABF2转录因子在高温胁迫应答中的功能及作用机理研究
  • 批准号:
    32370412
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 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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