过量强度光照引发的“记忆性”系统抗病和强光适应反应中线粒体交替氧化酶生理学功能的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31560070
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    43.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0203.植物光合与固氮
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

In natural environment, sometimes only partial leaves of a plant are exposed to excess light intensity. Recent studies have shown that such an “experience” can be physiologically “memorized” by both the partial leaves that experienced excess light intensity and the other (systemic) leaves of the same plant, and this “memory” is used for enhancement or optimization of the defense responses to future pathogen attack and the acclimatory responses to future high light stress. This phenomenon reflects a distinctive and important acclimation strategy of plants to natural environment, which was also formed in changing natural environment. As center of plant metabolism, mitochondrial respiration should play important but unknown roles in this acclimation strategy to natural environment. More importantly, many physiological features of the alternative oxidase of plant mitochondria appear to fit well the characteristics of this excess-light-triggered “memristive” systemic defense responses to pathogen infection and systemic acclimatory responses to high light. Thus, the alternative oxidase could play important role in this process. The investigation on this possible role of the alternative oxidase would deeply reveal the mechanism for this distinctive and important acclimation strategy of plants to natural environment from the perspective of respiratory metabolism. And, this investigation would also greatly develop new understandings about the behaviors and functions of plant mitochondrial respiration from the perspectives of the characteristic of changing natural environment and the physiological timeliness and systematization of plants. In addition, this investigation would be helpful to the researches on the acclimation mechanism of the plants growing in the intensive radiation region and the researches on how to improve crop resistance to environmental stresses by utilizing light illumination.
在自然环境中,往往植株的部分叶片会经历过量强度的光照。近期研究表明,这一“经历”能被过量强度光照射过的叶片和同株其它叶片(系统叶片)所“记忆”,并由此提升或优化了植株叶片对未来出现的病原菌和强光的抗性反应。该现象表征了植物在自然环境中形成的一种独特且重要的环境适应策略。作为代谢的中心环节,线粒体呼吸在这种环境适应策略中的作用不应被忽视却尚未被了解;而更重要的是,植物线粒体交替氧化酶的诸多生理学特性和过量强度光照引发的这种“记忆性”系统抗病和强光适应反应的特点相吻合。因此,交替氧化酶很可能在其中扮演着重要角色。对这一尚未被探索的科学问题的研究不仅能深层次地从呼吸代谢的角度来阐释植物这种独特环境适应策略的内在生理机制,也将从环境变化的自然特点、植物生理的时效性和系统性等新角度来认识线粒体呼吸的行为及功能。同时,这对于强辐射地区植物的环境适应机制和农业中利用光照提高作物抗性等研究也具有重要意义。

结项摘要

本项目研究了在过量强度光照引发的植株“记忆性”系统抗病和强光适应反应中交替呼吸途径的变化、其所扮演的生理学角色及相关的信号调控和作用机制。研究发现,短期过量强度光照能引起植物的“记忆性”抗病反应,且其和光合电子传递链密切相关;而短期过量强度光照和光合电子传递链的干扰均能够增加病程中叶片交替呼吸途径的水平。通过使用AOX1a基因反义突变体,揭示了交替氧化酶参与了过量强度光照引发的植株“记忆性”抗病反应。此外,AOX1a基因在系统叶片中并未明显影响短期过量强度光照诱导的植株系统叶片的抗病反应;但尚无法排除其它的交替氧化酶基因家族成员在其中的生理学功能。进一步实验显示,病菌侵染所造成的植物光系统Ⅱ光化学活性的下降与活性氧水平上升有关;而在病程中,交替呼吸途径的上升可能通过影响活性氧代谢保护了叶片光系统Ⅱ的光化学活性。此外,我们也揭示了交替呼吸途径在重金属和渗透胁迫下也具有保护植物光化学活性、降低氧化压力的生理学角色。同时,我们研究了植物对强光的适应性反应中交替呼吸途径的生理学意义及可能的信号机制。结果表明,短期过量强度光照提升了交替呼吸途径的水平,且交替氧化酶参与了植株对强光的适应性反应。进一步实验表明,在短期过量强度光照前,过氧化氢的增加能激活植株对强光的适应性反应,也提升了交替呼吸途径的水平和水杨酸含量;利用AOX1a基因反义突变体和salicylate hydroxylase gene转基因植株发现,交替氧化酶和水杨酸参与了过氧化氢所引发的强光适应性反应。上述结果较深层次地从呼吸代谢的角度来阐释植物环境适应策略的内在生理机制,也从新的角度来认识线粒体呼吸的行为及功能。同时,这对于强辐射地区植物的环境适应机制和利用光照和呼吸作用提高作物抗性等研究工作也具有一定的参考价值和意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The responses of photosystem II and intracellular ATP production of Arabidopsis leaves to salt stress are affected by extracellular ATP
拟南芥叶片光系统II和胞内ATP生成对盐胁迫的响应受胞外ATP影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Plant Research
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Hou Qin Zheng;Sun Kun;Zhang Hui;Su Xue;Fan Bao Qiang;Feng Han Qing
  • 通讯作者:
    Feng Han Qing
Alternative oxidase functions in the excess excitation energy-induced resistance to pathogen infection
替代氧化酶在过量激发能量诱导的病原体感染抵抗力中发挥作用
  • DOI:
    10.2478/s11756-018-0018-5
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Biologia
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Hou Qin zheng;Sun Kun;Jia Ling yun;Liang Jun yu;Xiel Jia Jia;Lu Li na;Feng Han qing;Wen Jing
  • 通讯作者:
    Wen Jing
NaCl胁迫下交替呼吸途径对叶绿素含量及其荧光特性的影响
  • DOI:
    10.7606/j.issn.1000-4025.2017.06.1175
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    西北植物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    芦丽娜;谢佳佳;王庆文;石岱龙;贾凌云;冯汉青
  • 通讯作者:
    冯汉青
Extracellular ATP released by copper stress could act as diffusible signal in alleviating the copper stress-induced cell death
铜应激释放的细胞外 ATP 可以作为缓解铜应激诱导的细胞死亡的扩散信号
  • DOI:
    10.1007/s00709-018-1309-y
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Protoplasma
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Jia Ling Yun;Bai Jing Yue;Sun Kun;Wang Rong fang;Feng Han Qing
  • 通讯作者:
    Feng Han Qing
逆境胁迫对菜豆黄化苗转绿过程中交替呼吸途径与叶绿素荧光特征的影响
  • DOI:
    10.5194/egusphere-egu23-7986
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    西北植物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    芦丽娜;冉瑞兰;冯汉青
  • 通讯作者:
    冯汉青

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其他文献

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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张晋平;丁艳平;冯汉青
  • 通讯作者:
    冯汉青

其他文献

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线粒体ATP对细胞外ATP的调节作用参与水杨酸诱导植物抗病性和细胞死亡信号路径的研究
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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

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          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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