华南堇菜属植物的比较转录组分析与重金属解毒大环肽定向进化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31570506
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0310.污染生态学与恢复生态学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The Viola plants (Violaceae family) have been found with many Metallophytes, which are also rich in a kind of plant defese peptides, cyclotides. Heavy metal tolerance and metal binding abilities have been presented with distinct differences in Viola plants and cyclotides, respectively. This project intends to carry out the following works. First, Illumina Hiseq sequencing, comparative transcriptome analysis and CrpExcel (a tool for screening cysteine-rich proteins) are employed, to investigate the transcriptomes of whole wild seedlings of 20 Viola species distributed in Southern China; these works are hopeful for elucidating both material basis and interspecific differences of heavy metal detoxification in these plants. Second, four representative Viola species are selected that they are collected from heavy metals polluted soils (two species) and normal soils (two species); the comparative transcriptome analyses are further conducted between roots and shoots of these plant seedlings cultured in control and Cd-supplemented hydrophonic solutions; these works are hopeful for finding the genes associated with plant Cd tolerance. Third, tags-cDNA libraries of above Viola plant species are synthesized that they are further gel-extracted cDNA pools with 600-1200 bp in length, and Roche 454(+) sequencing, CyPerl/CyExcel and ABI3730 sequencing techniques are used for screening and validating novel cyclotide sequences predicted from the above Hiseq/454-derived transcriptome profiles of Viola species tested; sequence evolutions and metal-binding potentialities are further evaluated from our finding cyclotides and other function-known cyclotides using phylogenetical methods. In final, on the basis of the above cyclotide-exploring works, directed evolution, recombinant expression and heavy metals resistance-screening of cyclotides are conducted for harvesting native and artificial cycotides that they possesses with strong abilities of metal binding and detoxification. Overall, this project is hopeful for facilitating the theoretical and applied researches of phytoremediation based on cyclotides and Viola plants.
堇菜科堇菜属存在金属型植物(Metallophytes),不同生境来源的该属植物有着明显的重金属耐性差异;该属植物也富含基因编码的大环肽(cyclotides);大环肽有金属结合(binding)作用,但强弱与序列结构有关。本项目拟:1)采用Illumina Hiseq测序、转录组比较分析和CrpExcel筛选半胱氨酸蛋白,明确华南地区20种左右的堇菜属植物重金属解毒的物质基础及其种间差异;2)采用cDNA-tag长度选择性文库(600-1200 bp)、Roche 454(+)测序和CyPerl/CyExcel(大环肽筛选工具),发掘堇菜属植物大环肽;采用ABI3730测序校对新大环肽编码序列;在分子系统层面探讨堇菜属大环肽序列金属结合潜力与进化关系;3)基于定向进化策略,构建大容量的天然的和突变的大环肽重组表达文库,采用多种抗性筛选技术,发掘解毒能力更强的天然的和人工优化的大环肽。

结项摘要

华南堇菜属植物有20余种,多分布于岭南山地正常土壤中,部分种见于金属矿山;有着3对二硫键、首尾环化、长28-37 aa大环肽(Cyclotides)在堇菜属植物中的分布极为典型。本项目工作在以下几个方面取得进展。(1)采集区域内20种堇菜属植物,进行二代RNA测序,组装转录组,筛选近200个环肽序列;(2)对宝山堇菜进行深度基因组测序,选择5种堇菜开展基因组重测序研究,筛选近500个环肽;(3)选择宝山堇菜和长萼堇菜开展比较转录组水平研究,宝山堇菜体有更为活跃的泛素化调控蛋白质水解过程和液泡膜转运蛋白,糖代谢可能通过调控细胞壁修饰响应重金属胁迫。(4)基于分子系统进化关系,选择代表性环肽开展重组表达与功能研究,并对部分环肽进行定向突变的结构和功能研究,结果鉴定大环肽viphi I有多种植物防卫活性和对重金属Cd有较强的束缚作用;(5)开展大环肽在细胞筛选和防天然抗生素抗性菌污染的线虫模型研究。从组学层面证实大环肽在华南堇菜属植物中分布极为丰富,大环肽有着重要的植物防卫功能,对金属型植物广泛存在的堇菜属植物的重金属稳定有着重要作用。项目工作发表了7篇学术论文,3篇SCI论文,影响因子均大于4。在人才培养方面,本项目培养博士研究生1名,硕士研究生7名,本科毕业生20名。

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)
宝山堇菜Pb耐性相关基因筛选及表达特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中山大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓冬梅;艾红霞;邓金川;廖斌
  • 通讯作者:
    廖斌
Box-Benhnken组合法优化长萼堇菜多糖提取工艺
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    广东化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐鸿涛;李锋万;张晓杰;董斌;沈娟;张军
  • 通讯作者:
    张军
Insights into ecological role of a new deltaproteobacterial order Candidatus Acidulodesulfobacterales by metagenomics and metatranscriptomics
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  • DOI:
    10.1038/s41396-019-0415-y
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    The ISME Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tan Sha;Liu Jun;Fang Yun;Hedlund Brian P;Lian Zheng Han;Huang Li Ying;Li Jin Tian;Huang Li Nan;Li Wen Jun;Jiang Hong Chen;Dong Hai Liang;Shu Wen Sheng
  • 通讯作者:
    Shu Wen Sheng
水产环境中一株多抗生素抗性菌的分离与耐药鉴定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    广东化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄倩萍;朱慧琳;黎芷青;刘琪茵;杨雨澄;邹舒欣;张军
  • 通讯作者:
    张军
Rare and phylogenetically distinct plant species exhibit less diverse root-associated pathogen communities
稀有且系统发育不同的植物物种表现出较少多样性的根相关病原体群落
  • DOI:
    10.1111/1365-2745.13099
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF ECOLOGY
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Chen, Yongjian;Jia, Pu;Shu, Wensheng
  • 通讯作者:
    Shu, Wensheng

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    --
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  • 通讯作者:
    廖斌

其他文献

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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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