MKK4/5-MPK3/6信号转导途径调控农杆菌介导的大豆转化机制的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31901957
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    段凯旋
  • 依托单位：
    南京农业大学
  • 学科分类：
    C1408.作物、生物因子互作与生态调控
  • 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

Agrobacterium is a special plant pathogen causing crown gall disease. This pathogen is well known for the technology Agrobacterium-mediated transformation. Our previous results indicated Agrobacterium triggers plant immunity response as other plant pathogens, and enhanced pant immunity response decreases the transformation efficiency. Our recent research showed two Arabidopsis MAPK kinases MKK4 and MKK5 and their downstream MAPKs MPK3 and MPK6 play a major role in both agrobacterium triggered immunity and Agrobacterium-mediated transformation. Agrobacteria activate MPK3/6 activity in a very early stage. Loss of function of MKK4 and MKK5 or their downstream MPK3 and MPK6 abolishes plant immunity response to Agrobacterium, and enhances the Agrobacterium-mediated transformation frequency. Analysis of soybean immunity response mediated by MAPK cascade to Agrobacterium is an important way to crop traformation. This means we can improve soybean transformation frequency by modifying MKK4/5-MPK3/6 pathway. As a result, this project will focus on the role of MKK4/5-MPK3/6 pathway in modulating plant transformation and how to improve the soybean transformation frequency by modifying the soybean MKK4/5-MPK3/6 pathway.
农杆菌介导的遗传转化是植物转化和分子育种的主要途径。我们前期的研究表明，农杆菌侵染能引起植物的防卫反应，从而降低其转化效率。农杆菌能够激活植物MPK3/6，且该激活反应依赖于其上游的MKK4/5。拟南芥双突变体mkk4/5或mpk3/6对农杆菌的侵染更加敏感，并且转化效率提高。由于农杆菌介导的大豆遗传转化效率仍然很低，而且植物免疫途径在农杆菌转化大豆过程中的机制也不清楚。因此，本项目拟阐明大豆MKK4/5-MPK3/6途径在农杆菌转化中的功能；解析MKK4/5-MPK3/6途径在农杆菌侵染和转化中调控的机制；在此基础上利用RNAi或者CRISPR/Cas9基因编辑技术改造大豆MPK4/5-MPK3/6途径以提高大豆转化效率。研究结果可望揭示MKK4/5-MPK3/6信号途径调控农杆菌介导的植物遗传转化的分子机制；同时提高大豆遗传转化效率。

结项摘要

农杆菌介导的遗传转化是植物转化和分子育种的主要途径。我们前期的研究表明，农杆菌侵染能引起植物的防卫反应，从而降低其转化效率。由于农杆菌介导的大豆遗传转化效率仍然很低，而且植物免疫途径在农杆菌转化大豆过程中的机制也不清楚。因此，本项目拟阐明植物MKK4/5-MPK3/6途径在农杆菌转化中的功能；解析MKK4/5-MPK3/6途径在农杆菌侵染和转化中的调控机制；在此基础上利用基因编辑技术改造大豆免疫途径或者通过外源施加激素以提高大豆转化效率。研究结果可望揭示MKK4/5-MPK3/6信号途径调控农杆菌介导的植物转化的分子机制，同时提高大豆遗传转化效率。我们的研究结果表明农杆菌在侵染植物能迅速并且很强地诱导MPK3/6的激酶活性。同时，一些防御基因的表达也被诱导。农杆菌诱导的MPK3/6活性以及防御基因表达依赖于MKK4/5。无论是瞬时转化效率还是稳定转化效率，相比于野生型，mkk4/5双突变体对农杆菌的侵染表现出更敏感，而且转化效率明显高于野生型。同时，mpk3/6双突变体转化效率明显高于野生型。另外，我们通过获得诱导表达持续性激活MKK4/5的转基因株系，进一步证明了MKK4/5的持续激活降低了农杆菌介导的转化效率。转录组数据表明，农杆菌在侵染植物过程中，激活了各种防卫反应，包括：水杨酸响应信号，茉莉酸响应信号，病原菌响应信号，活性氧响应信号，细胞死亡等；同时，也有一些生长发育相关基因被诱导，比如，生长素响应基因，细胞分裂素响应基因，乙烯响应基因，细胞生长周期相关基因等。以上结果表明，农杆菌在侵染植物过程中，能够激活植物的免疫，同时，也能够影响植物的生长发育。我们的结果还发现，一些激素参与了农杆菌介导的转化过程。外源添加不同的细胞分裂素能大大提高大豆的转化效率，这有可能是因为细胞分裂素能抑制植物免疫，同时增加大豆再生的原因。利用以上研究结果，我们通过建立大豆基因编辑技术，优化培养基中的激素比例抑制大豆免疫，从而提高了大豆的遗传转化效率，从而为大豆基因功能研究及分子设计育种提供了重要的技术支持。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Highly efficient Agrobacterium rhizogenes-mediated hairy root transformation for gene functional and gene editing analysis in soybean.
高效发根农杆菌介导的毛状根转化用于大豆基因功能和基因编辑分析
  • DOI：
    10.1186/s13007-021-00778-7
  • 发表时间：
    2021-07-10
  • 期刊：
    Plant methods
  • 影响因子：
    5.1
  • 作者：
    Cheng Y;Wang X;Cao L;Ji J;Liu T;Duan K
  • 通讯作者：
    Duan K
Large chromosomal segment deletions by CRISPR/LbCpf1-mediated multiplex gene editing in soybean
大豆中 CRISPR/LbCpf1 介导的多重基因编辑导致染色体大片段缺失
  • DOI：
    10.1111/jipb.13158
  • 发表时间：
    2021-09-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF INTEGRATIVE PLANT BIOLOGY
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Duan, Kaixuan;Cheng, Yuanyuan;Wang, Yuanchao
  • 通讯作者：
    Wang, Yuanchao
MKK4/5-MPK3/6 Cascade Regulates Agrobacterium-Mediated Transformation by Modulating Plant Immunity in Arabidopsis.
MKK4/5-MPK3/6 级联通过调节拟南芥植物免疫来调节农杆菌介导的转化
  • DOI：
    10.3389/fpls.2021.731690
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Frontiers in plant science
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Liu T;Cao L;Cheng Y;Ji J;Wei Y;Wang C;Duan K
  • 通讯作者：
    Duan K
Multiplex CRISPR/Cas9-mediated raffinose synthase gene editing reduces raffinose family oligosaccharides in soybean.
多重CRISPR/Cas9介导的棉子糖合酶基因编辑减少大豆中的棉子糖家族寡糖
  • DOI：
    10.3389/fpls.2022.1048967
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Frontiers in plant science
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
  • 通讯作者：

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    由淑贞
平邑甜茶叶片不定芽再生及NO的效应
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  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    杨洪强

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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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