5-甲酰四氢叶酸在玉米籽粒中积累的遗传学基础与分子机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870283
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0204.水分和营养物质的运输与代谢
  • 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

Folates are a group of human essential B vitamins. Folate deficiency can cause serious diseases, such as neural tube malformation, cancer, and hypertension. Thus the accumulation of folates in the edible parts (kernels) in crops is related to human health. 5-Formyltetrahydrofolate (5-F-THF) is the major derivatives of foaltes in maize kernels. In the preliminary work, the folate recombinant inbred lines mapping population had been used to investigate the genetic basic of the accumulation of 5-F-THF in maize kernels. Two quantitative trait loci (QTLs) A and B were obtained. ZmGFT1 had been identified in QTL B by the genome-wide association study. The enzyme activity experiment showed that ZmGFT1 could convert 5-methyltetrahydratefolate into 5-F-THF directly, and the overexpression of ZmGFT1 indicated that ZmGFT1 protein, which contained the excellent allele variation, significantly promoted the production of 5-F-THF in kernels. In addition, the candidate genes in QTL A with the higher contribution were around 2.0 Mb on chromosome 5. On this basis, the proposed project focuses on the regulatory mechanism of folate metabolism in corn kernels, and aims to figure out the molecular mechanism of candidate genes in these QTLs. Through the comprehensive utilization of methods in biochemistry, molecular biology, genetics, and transcriptomics, the molecular function of the candidate genes on the accumulation of 5-F-THF in maize kernels will be explored, and the theoretical basis and technical support on crop breeding by the molecular design to improve the accumulation of folates in crop seeds will also be provided through the implementation of this project.
叶酸是人体必需的B族维生素,摄入不足会造成神经管畸形、癌症、高血压等严重疾病,因此,叶酸在作物籽粒的积累关系到人体的营养健康。玉米籽粒中叶酸的主要形式是5-甲酰四氢叶酸。前期工作中,我们利用重组自交系鉴定了影响5-甲酰四氢叶酸在籽粒积累的主效QTL位点A和B,精细定位了位点B中的目标基因ZmGFT1,ZmGFT1可以直接将5-甲基四氢叶酸转化为5-甲酰四氢叶酸,且含有优良等位变异的ZmGFT1蛋白具有更高的活性,同时贡献率更高的位点A目标基因已经定位在5号染色体的2.0Mb附近。本项目拟在此基础上精细定位并克隆影响5-甲酰四氢叶酸积累的目标基因,继续完善ZmGFT1的功能分析,并综合利用生物化学、分子生物学、遗传学和转录组学等不同研究手段探讨基因影响5-甲酰四氢叶酸在籽粒中积累的遗传学基础和分子机制,为利用分子设计育种提高叶酸在玉米等作物籽粒中的积累水平提供理论依据和技术支撑。

结项摘要

叶酸是人体必需的B族维生素,摄入不足会造成神经管畸形、癌症、高血压等严重疾病,因此,叶酸在作物籽粒的积累关系到人体的营养健康。玉米籽粒中叶酸的主要形式是5-甲酰四氢叶酸。前期工作中,我们利用重组自交系鉴定了影响叶酸在籽粒积累的QTL位点A和B,精细定位了位点B中的目标基因ZmGFT1(ZmCTM),这个基因可以直接将5-甲基四氢叶酸(5-methyltetrahydrofolate, 5-M-THF)转化为更稳定的叶酸衍生物形式,且含有优良等位变异的蛋白具有更高的活性,同时贡献率更高的位点A目标基因已经定位在5号染色体的2.0Mb附近。通过本项目的实施,建立作物叶酸等系列B族维生素高通量检测平台,筛选获得高B族维生素玉米新材料;获得两个控制玉米籽粒5甲酰四氢叶酸(5-formyltetrahydrofolate, 5-F-THF)变异的QTL位点(q5-F-THFa和q5-F-THFb),开发高叶酸基因型的CAPS标记,用于高叶酸玉米的育种;利用生物化学、分子生物学、遗传学和转录组学等不同研究手段探讨基因影响叶酸在籽粒中积累的遗传学基础和分子机制,构建玉米籽粒叶酸转录调控网络,发现发育后期叶酸的积累主要受到氨基酸戊糖嘌呤代谢的共同调控,其中甲硫氨酸合酶2基因ZmMETS2可能是受调控的关键基因之一;基因编辑发现位于q5-F-THFb的基因ZmCTM突变可以增加叶酸含量,突变甲硫氨酸合酶2基因ZmMETS2导致甲硫氨酸含量的增加;证实了高叶酸玉米是可以有效的替代补充片剂来缓解小鼠孕期叶酸的缺乏症;同时还开展叶酸等维生素的其他相关工作。第一资助发表SCI文章1篇,中文核心2篇;第二资助发表SCI论文2篇,中文核心2篇;第三资助发表SCI论文2篇;第四资助发表SCI论文1篇;第五资助发表SCI论文2篇;中文核心1篇;授权发明专利2项;培养博士研究生3名;主持人作为第三完成人获得大北农科技奖创新奖1项。这些工作为深入解析玉米籽粒叶酸积累的分子机制及遗传改良提供了调控关键基因等重要资源,也通过创制高叶酸或高甲硫氨酸玉米新材料为营养强化农业提供材料支撑。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Folate monoglutamate in cereal grains: Evaluation of extraction techniques and determination by LC-MS/MS
谷物中的叶酸单谷氨酸盐:提取技术评估和 LC-MS/MS 测定
  • DOI:
    10.1016/j.jfca.2020.103510
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF FOOD COMPOSITION AND ANALYSIS
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Shahid, Mehmood;Lian, Tong;Liang, Qiuju
  • 通讯作者:
    Liang, Qiuju
Comparative Transcriptome Analysis Reveals Mechanisms of Folate Accumulation in Maize Grains.
比较转录组分析揭示了玉米籽粒中叶酸积累的机制
  • DOI:
    10.3390/ijms23031708
  • 发表时间:
    2022-02-01
  • 期刊:
    International journal of molecular sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Lian T;Wang X;Li S;Jiang H;Zhang C;Wang H;Jiang L
  • 通讯作者:
    Jiang L
玉米甲硫氨酸合酶基因METS的克隆及表达特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物技术通报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    任莹;连通;张春义;姜凌
  • 通讯作者:
    姜凌
硒与叶酸在抗病毒治疗中的作用及其在植物中的应用前景分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    生物技术进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙卉;张春义;姜凌
  • 通讯作者:
    姜凌
甜、糯玉米高叶酸基因型的CAPS标记开发
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    分子植物育种
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘广磊;关媛;党冬冬;王慧;于典司;顾炜;秦涛;姜凌;高文伟;郑洪建
  • 通讯作者:
    郑洪建

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  • 发表时间:
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  • 作者:
    刘世雄;梁秋平;姜凌
  • 通讯作者:
    姜凌

其他文献

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姜凌的其他基金

棉花MYB类转录因子MS3对棉花纤维启动的调控
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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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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