miR5149介导GTL1调控气孔密度提高文冠果幼苗抗旱性的机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    31700529
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1605.树木生物学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Xanthoceras sorbifolium, a tree species endemic to China, has high oil content in its seeds and is recognized as an economically and ecologically biodiesel crop. X. sorbifolium is characterized by high tolerance to poor soil and drought stress. Stomatal characteristics can reveal the adaptation strategies of plants under drought stress. GTL1 transcription factor regulates drought tolerance by modulating stomatal density via transrepression of SDD1. MicroRNA (miRNA) are involved in plant response to stresses, whether the regulation of GTL1 expression has not been elucidated. On the basis of our previous work, the targeted regulating relationships between miR5149 and GTL1 have been confirmed by RLM-5’RACE (RNA ligase mediated 5’rapid amplification of cDNA ends) assay. So we propose the following hypothesis that miR5149 can mediates drought tolerance in X. sorbifolium seedlings by modulating stomatal density via targeting regulate the expression of GTL1. In this project, we will adopt ultrastructural observations、dual-luciferase reporter (DLR) assay systems and qRT-PCR(real-time quantitative PCR) to comparative analysis of expression patterns of miR5149, GTL1 and SDD1, regulatory relationships and the effect on stomatal density in different X. sorbifolium germplasms with drought tolerance. The project intends to study the functions of miR5149 and GTL1 in drought-stress tolerance in X. sorbifolium by reverse genetics methods. We also intend to observe the changes of stomatal density and expression of miR5149, GTL1 and SDD1 in wild-type (WT) and transgenic plants before and after drought treatment. This project will obtain a new evidence for miR5149 mediate GTL1 tuning stomatal density. We expect to reveal the molecular mechanisms of miR5149-GTL1-SDD1 functional modules in X. sorbifolium seedlings, and provide a theoretical basis for miRNA regulatory mechanisms involved in plants response to drought stress.
文冠果是我国特有的优良木本油料树种,抗旱耐瘠薄。转录因子GTL1下游靶基因SDD1可调控气孔密度从而影响植物抗旱性,但其miRNA调控机制仍不清楚。前期发现文冠果miR5149靶向GTL1,本项目以干旱胁迫下抗性存在明显差异的不同种质为材料,利用超微结构观测、双荧光素酶报告基因检测和qRT-PCR等手段,通过对叶片气孔密度的观察及miR5149、GTL1和SDD1基因表达的分析,明确三者间的调控关系及其对气孔密度的影响;结合过表达及沉默的方法,比较转化miR5149和GTL1植株及对照叶片中SDD1基因表达量、气孔密度及抗性生理指标的差异,揭示miR5149介导GTL1调控气孔密度提高文冠果幼苗抗旱性的生理及分子机制。这将首次阐明“miR5149-GTL1-SDD1”模块在文冠果抗旱中的作用,可为植物miR5149调控GTL1提供直接例证,对深入理解miRNA响应干旱胁迫机制具有重要意义。

结项摘要

文冠果是我国特有的优良木本油料树种,干旱是影响文冠果成活与生长的主要逆境之一。探明文冠果抗旱的分子机制,有助于培育优良品种,增产增收。miRNA强大的调控作用近年来倍受关注,但专注于干旱胁迫相关miRNA的研究仍未见报道。我们发现miR5149可通过靶向转录因子GTL1调控文冠果的抗旱性。利用生物信息学预测、qRT-PCR及RLM-5’RACE等技术手段,验证了miR5149对GTL1转录因子具有切割和转录调控作用。亚细胞定位实验证实GTL1定位在细胞核中,干旱胁迫后miR5149与GTL1表达呈负相关。利用STTM技术沉默miR5149的文冠果植株生长势较弱、叶片窄小、叶缘消失、叶片面积减小,而气孔密度显著增大,表明miR5149在文冠果叶片形态建成和气孔密度调控中发挥着重要的作用。干旱处理后,转化植株抗性降低,叶片相对含水量和水分利用率都显著低于野生型,而气孔导度和叶片失水率显著高于野生型。对miR5149-STTM材料进行转录组分析发现,miR5149能影响389个转录因子基因的表达。过表达GTL1基因的文冠果植株表现出叶片狭小、叶面积降低和气孔密度增大等特征。干旱处理后,转化植株抗性降低,叶片相对含水量和水分利用率均显著低于野生型,其靶基因SDD1表达量显著下降,而叶片失水率高于野生型。利用RNAi技术沉默GTL1基因的文冠果效果正好相反,叶片变宽大,叶面积增加,气孔密度减少,抗旱性增强。对过表达和沉默GTL1转录因子基因的材料进行转录组分析,GTL1能影响1710个基因的表达,这些基因主要包括在淀粉与蔗糖代谢、植物激素信号转导和MAPK相关的信号通路中。本项目较好地阐明了miR5149-GTL1模块在文冠果响应干旱胁迫中的作用,既有利于揭示文冠果抗旱的分子机制,有可为文冠果基因资源的有效利用和品种改良提供重要信息,同时还可以为全面系统地研究miRNA提供新的思路。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Quantitative proteomic analysis of Xanthoceras sorbifolium Bunge seedlings in response to drought and heat stress
文冠果幼苗响应干旱和热胁迫的定量蛋白质组学分析
  • DOI:
    10.1016/j.plaphy.2021.01.002
  • 发表时间:
    2021-01-12
  • 期刊:
    PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Du, Wei;Ruan, Chengjiang;Jiang, Xin
  • 通讯作者:
    Jiang, Xin
Yellowhorn drought-induced transcription factor XsWRKY20 acts as a positive regulator in drought stress through ROS homeostasis and ABA signaling pathway
Yellowhorn 干旱诱导转录因子 XsWRKY20 通过 ROS 稳态和 ABA 信号通路在干旱胁迫中发挥正向调节作用
  • DOI:
    10.1016/j.plaphy.2020.06.037
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Plant Physiology and Biochemistry
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Chaowei Xiong;Shang Zhao;Xue Yu;Ying Sun;He Li;Chengjiang Ruan;Jingbin Li
  • 通讯作者:
    Jingbin Li

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其他文献

沙棘WRI1转录因子基因的生物信息学分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    湖北农业科学
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    --
  • 作者:
    马倩;李景滨;阮成江;李荣荣
  • 通讯作者:
    李荣荣
基于RNA-Seq SSR标记的沙棘种质遗传多样性和群体结构分析
  • DOI:
    10.13271/j.mpb.017.001567
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    田兴军
沙棘果实发育阶段苹果酸代谢关键基因的表达分析
  • DOI:
    10.13271/j.mpb.017.000065
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    分子植物育种
  • 影响因子:
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  • 作者:
    李贺;阮成江;李景滨;王莉;田兴军
  • 通讯作者:
    田兴军

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李景滨的其他基金

海藻酸钠寡糖诱导的lncRNA12576在文冠果气孔密度调控中的分子机制研究
  • 批准号:
    32371839
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 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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