光呼吸GLO与CAT互作/解离调控机理及其与植物抗逆性的关系研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31770256
  • 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:
    C0203.植物光合与固氮
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Our previous work has demonstrated that up-regulating glycolate oxidase (GLO) conferred improved photosynthesis in rice under high light & high temperature conditions, and salicylic acid (SA) may be involved in the signaling process (Cui et al., 2016). Mechanistic analyses further revealed that in both rice and Arabidopsis, GLO was able to interact with catalase (CAT), and the interaction could be deregulated by SA, such that a switch model was proposed considering that association–dissociation of GLO with CAT may serve as a potential switch to modulate intracellular H2O2 levels (Zhang et al., 2016 and unpublished data). But more evidences are needed to make the model more convincing and finalized. In this project, we aim to in depth investigate that (i) regulatory factors/mechanism for association–dissociation of the GLO–CAT complex; (ii) contribution extent of the GLO–CAT modulated H2O2 to overall H2O2 signaling pathway and its possible different roles as compared with other sources of H2O2; (iii) whether and how the association-dissociation is related with stress resistance. Answering these questions may lead to discovery of a novel H2O2 genesis pathway characteristic of classical physiochemical mechanism, which will add new contributions to both signal transduction network, and function/mechanism of photorespiration in plants.
我们的前期研究发现,上调光呼吸乙醇酸氧化酶(GLO)可显著提高水稻高光高温双重胁迫下的光合效率,水杨酸(SA)可能参与其信号调节过程(Cui et al., 2016)。进一步研究发现,GLO可与过氧化氢酶(CAT)互作,且其互作能被SA解除,因此提出一个GLO-CAT互作/解离的动态开关模型,认为其互作/解离受环境因子动态调控,由此激发出H2O2震荡波来调节植物抗逆性反应 (Zhang et al., 2016)。但该模型还需进一步证实与完善,本项目拟深入了解:(1)GLO–CAT互作/解离的调控因子及机理;(2)互作/解离对H2O2信号通路贡献大小及可能的作用差异;(3)互作/解离与植物抗逆性的关系及机理。解答上述问题,以期确立一个具有典型物理化学特征的植物H2O2信号发生的新机理,这将对植物信号转导机理研究和光呼吸功能及作用机制研究产生重要影响,可望获得意义深远的原创性成果。

结项摘要

活性氧(ROS)在植物多种重要生物学过程中发挥着信号分子的作用,其含量受到严格的调控。现有研究表明ROS的精准调控主要依赖于其生成与清除的动态平衡,近期在ROS信号传导研究中提出的ROS信号波的概念更是引起了人们的广泛关注。我们的前期研究发现,上调光呼吸乙醇酸氧化酶(GLO)可显著提高水稻高光高温胁迫下的光合效率,水杨酸(SA)可能参与该调节过程;进一步研究发现,在细胞水平GLO可与过氧化氢酶(CAT)互作,且其互作能被SA解除,因此提出一个GLO-CAT互作/解离的动态开关模型,认为其互作/解离可能受环境因子动态调控,由此激发出H2O2信号波来调节植物抗逆性反应。本项目在此基础上进一步发现GLO与CAT存在直接互作,两者的互作较为松散,且可在不同互作强度状态间相互转变。在响应外界环境刺激时(如SA等),GLO-CAT可在植株水平发生动态可逆的互作/解离,而且GLO-CAT互作状态的变化与植株过氧化物酶体光呼吸H2O2含量变化紧密偶联。我们后续的离体实验证实GLO与CAT在互作时确实可形成H2O2代谢通道以提高H2O2清除效率,而两者的解离则可使得H2O2积累。GLO-CAT这一物理性的互作/解离机制可使得植物形成依赖于光呼吸代谢的H2O2信号波,该研究为H2O2信号波的发生提供了新的机理,同时也为H2O2与SA信号途径的交联互作提供了新的切入点。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Glycolate oxidase-dependent H(2)O(2) production regulates IAA biosynthesis in rice.
乙醇酸氧化酶依赖的 H2O2 产生调节水稻 IAA 生物合成
  • DOI:
    10.1186/s12870-021-03112-4
  • 发表时间:
    2021-07-06
  • 期刊:
    BMC plant biology
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Li X;Liao M;Huang J;Xu Z;Lin Z;Ye N;Zhang Z;Peng X
  • 通讯作者:
    Peng X
Molecular, biochemical and enzymatic characterization of photorespiratory 2-phosphoglycolate phosphatase (PGLP1) in rice
水稻光呼吸 2-磷酸乙醇酸磷酸酶 (PGLP1) 的分子、生化和酶学表征
  • DOI:
    10.1111/plb.13389
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Plant Biology
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    J.-Y. Liu;Z.-D. He;D.W. M. Leung;S.-S. Zeng;L.-l. Cui;X.-X. Peng
  • 通讯作者:
    X.-X. Peng
Two NCA1 isoforms interact with catalase in a mutually exclusive manner to redundantly regulate its activity in rice
两种 NCA1 亚型以相互排斥的方式与过氧化氢酶相互作用,过度调节其在水稻中的活性
  • DOI:
    10.1186/s12870-019-1707-0
  • 发表时间:
    2019-03-18
  • 期刊:
    BMC PLANT BIOLOGY
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Liu, Jianzhe;Cui, Lili;Peng, Xinxiang
  • 通讯作者:
    Peng, Xinxiang
Engineering a New Chloroplastic Photorespiratory Bypass to Increase Photosynthetic Efficiency and Productivity in Rice
设计新型叶绿体光呼吸旁路以提高水稻的光合作用效率和生产力
  • DOI:
    10.1016/j.molp.2018.11.013
  • 发表时间:
    2019-02-04
  • 期刊:
    MOLECULAR PLANT
  • 影响因子:
    27.5
  • 作者:
    Shen, Bo-Ran;Wang, Li-Min;Peng, Xin-Xiang
  • 通讯作者:
    Peng, Xin-Xiang
Two glyoxylate reductase isoforms are functionally redundant but required under high photorespiration conditions in rice
两种乙醛酸还原酶亚型在功能上是多余的,但在水稻的高光呼吸条件下是必需的
  • DOI:
    10.1186/s12870-020-02568-0
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    BMC Plant Biology
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Zhisheng Zhang;Xiu Liang;Lei Lu;Zheng Xu;Jiayu Huang;Han He;Xinxiang Peng
  • 通讯作者:
    Xinxiang Peng

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  • 通讯作者:
    周晓垂
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    郭振飞

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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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