植物选择性甲基化调控双生病毒DNA复制分子机理的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872636
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0107.病毒学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Epigenetic machinery involves RNA-directed DNA methylation (RdDM), DNA demethylation and chromatin remodeling. In plants, it is well-established that epigenetic control, in particular, RdDM and methylation maintenance, is an active form of cellular antiviral defense mechanisms. To counterattack such an epi-antiviral defense, geminiviruses, a large family of DNA viruses, have evolved to encode proteins capable of interfering with host cellular epigenetic mechanisms. Indeed, plants defective in RdDM and methylation maintenance pathways become highly susceptible to geminiviral infection. However it remains to be elucidated how cellular epigenetic machinery recognizes invading viral DNA for RdDM. We have established a unique transgenic pOri2 system to investigate geminiviral DNA replication and geminivirus-plant interactions. We unravel an unprecedented mechanism that plant epigenetic machinery can differentiate identical DNA sequences for selective DNA methylation (SDM). Only autonomous episomal DNAs were selectively methylated whilst identical viral sequences, if integrated into the nuclear genome, were not methylated. We propose that plant cells may have evolved specific machinery for SDM. This machinery consists of cellular SDM factors that can recruit geminiviral components including viral replication protein (Rep) and viral small interfering RNA (vsiRNA) so that they select and methylate replicative episomal DNA molecules to inhibit their replication. In this proposal, we aim to characterize and dissect the genetic/epigenetic requirements and the biochemical components for SDM through a combination of genetic crossing and a wide range of modern technologies. A successful outcome of this project will not only advance current theories of plant epigenetics and deepen our understanding of virus-plant epigenetic interactions and host defence systems, but also shed new light on how to develop novel antiviral strategies for the control of devastating geminivirus diseases in food, vegetable and economic crops in China and worldwide.
植物表观遗传涉及DNA甲基化、去甲基化和染色质重塑,影响DNA复制和基因转录,是植物防御双生病毒(gv)的一种有效机制。但植物细胞靶标甲基化gvDNA的机理并不清楚。我们建立了一个研究gvDNA复制的pOri2转基因烟草体系,首次发现植物表观遗传机制能选择性地靶标复制型游离的环状gvDNA分子,导致其甲基化。我们推测植物细胞甲基化因子和病毒因子vsiRNA、Rep等共同作用,以选择性地识别并甲基化gvDNA。本项目重点研究小RNA生物合成及甲基化途径关键基因RNAi对植物细胞选择性地靶标并甲基化gvDNA的影响,分析鉴定导致选择性甲基化的甲基化因子,探究其生物学功能,揭示表观遗传机器如何选择性地靶标gvDNA、对其进行甲基化修饰、从而影响gvDNA复制的分子机制,进而阐明表观遗传介导的防御双生病毒侵染的分子遗传基础,拓展植物表观遗传学理论,为建立新型病毒病害防御方案提供理论指导。

结项摘要

植物表观遗传涉及DNA甲基化、去甲基化和染色质重塑,影响DNA复制和基因转录,是植物防御双生病毒(gv)的一种有效机制。但植物细胞靶标甲基化gvDNA的机理并不清楚。我们建立了一个研究gvDNA复制的pOri2转基因烟草体系,首次发现植物表观遗传机制能选择性地靶标复制型游离的环状gvDNA分子,导致其甲基化。我们推测植物细胞甲基化因子和病毒因子vsiRNA、Rep等共同作用,来选择性地识别并甲基化gvDNA。本项目重点研究了小RNA生物合成及甲基化途径关键基因对植物细胞选择性地靶标并甲基化gvDNA的影响,我们发现不同的DCLs对gvDNA特异的同源小RNA的产生、gvDNA复制有不同的影响,但对gvDNA甲基化影响不显著;但是DRM2过表达导致gvDNA选择性甲基化增加、gvDNA复制下降、而对gvDNA特异的同源小RNA的产生没有影响;我们还分析鉴定了导致选择性gvDNA甲基化的甲基化因子“DNA-RNA-蛋白质”复合物DrPC,DrPC中存在gvDNA、gvDNA特异的同源siRNAs、选择性gvDNA甲基化关联的microRNAs、双生病毒DNA复制蛋白和细胞中与DNA甲基化相关的酶;并進一步探究了甲基化因子生物学功能。我们的研究揭示了植物细胞中表观遗传机器选择性靶标和甲基化gvDNA、并影响gvDNA复制的分子机制,进一步阐明了表观遗传介导的防御双生病毒侵染的分子遗传基础,拓展植物表观遗传学理论,为建立新型病毒病害防御方案和表观育种提供了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
A viral protein disrupts vacuolar acidification to facilitate virus infection in plants
病毒蛋白破坏液泡酸化以促进植物中的病毒感染
  • DOI:
    10.15252/embj.2021108713
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    The EMBO Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Meng Yang;Asigul Ismayil;Zhihao Jiang;Yan Wang;Xiyin Zheng;Liming Yan;Yiguo Hong;Dawei Li;Yule Liu
  • 通讯作者:
    Yule Liu
Mobile Flowering Locus T RNA - Biological Relevance and Biotechnological Potential.
移动开花基因座 T RNA — 生物学相关性和生物技术潜力
  • DOI:
    10.3389/fpls.2021.792192
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Yu Z;Chen W;Wang Y;Zhang P;Shi N;Hong Y
  • 通讯作者:
    Hong Y
Small RNA-based plant protection against diseases.
基于小RNA的植物抗病保护
  • DOI:
    10.3389/fpls.2022.951097
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
Transcriptional and post-transcriptional regulation of RNAi-related gene expression during plant-virus interactions.
植物-病毒相互作用过程中RNAi相关基因表达的转录和转录后调控
  • DOI:
    10.1007/s44154-022-00057-y
  • 发表时间:
    2022-08-19
  • 期刊:
    Stress biology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
  • 通讯作者:
Reappraisal of Spinach-based RNA Visualization in Plants
植物中基于菠菜的 RNA 可视化的重新评估
  • DOI:
    10.1101/2020.09.24.310607
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    bioRxiv
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhiming Yu;et al;Yiguo Hong
  • 通讯作者:
    Yiguo Hong

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其他文献

Virus-Induced LeSPL-CNR Silencing Inhibits Fruit Ripening in Tomato
病毒诱导的 LeSPL-CNR 沉默抑制番茄果实成熟
  • DOI:
    10.5539/jas.v7n7p184
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Agricultural Science
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    赖童飞;汪莹;周婷;梅凤玲;章鹏程;周莹莹;施农农;洪益国
  • 通讯作者:
    洪益国
Development of a sensitive diagnostic assay to detect Cymbidium mosaic virus and Odontoglossum ringspot virus in members of the Orchidaceae
开发灵敏的诊断方法来检测兰科成员中的蕙兰花叶病毒和牙兰环斑病毒
  • DOI:
    10.1080/14620316.2011.11512727
  • 发表时间:
    2011-01
  • 期刊:
    Journal of Horticultural Science & Biotechnology
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    王慧中;洪益国;施农农
  • 通讯作者:
    施农农

其他文献

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洪益国的其他基金

一种病毒诱导的RNA沉默在植物细胞间转运机制的研究
  • 批准号:
    31370180
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    79.0 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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