黑暗和机械刺激影响花生荚果膨大发育的分子机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771841
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 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

A characteristic feature of peanut is ‘aerial flower and subterranean fruit’, in which the gynophore drives the developing pod into the soil for subsequent development underground. Failure to penetrate into soil inhibits ovary enlargement, leading to yield loss of peanut. Previous studies showed that darkness and mechanical stimulus are essential external conditions for the formation of pod. However, the molecular mechanism of subterranean pod formation is far from being understood. We have identified eight genotypes of peanut whose pods, even not penetrate into soil, may start swelling aerially. In this study, we are going to re-sequence these genotypes of peanut and identify SNPs potentially related to pod swelling via comparison of genomes from the eight genotypes. Besides genomic analysis, we will also be employing transcriptomic and proteomic approaches to understand the mechanism of pod swelling under darkness and/or mechanical stimulus conditions. The effect of dark and mechanical stimulus will be studied by covering aerial gynophore with black plastic sleeves and transparent pearlite particles as follows: (1) transparent sleeves as control; (2) black sleeves or aluminium foil sleeves for darkness without a mechanical stimulus; (3) transparent sleeves with transparent pearlite particles for mechanical stimulus under light; (4) black plastic sleeves with transparent particles for darkness plus a mechanical stimulus. Samples will be collected 0, 5, 10, 20 days after treatment. Endogenous hormone contents will be measured, and total RNA and proteins will be isolated using corresponding methods. RNA-sequencing will be performed using HiSeq2500 platform, and proteomics analysis will be conducted using iTRAQ. These multidimensional omics data will be used for construct a comprehensive database, which, in turn, will be used for multi-omics analysis in order to advance understanding of molecular mechanism of pod enlargement. The results obtained in this study will pay a way for understanding of pod enlargement under darkness and/or a mechanical stimulus, and also facilitate the development of high-yield cultivars in peanut.
花生是植物界少有的“地上开花,地下结果”的植物,受精后雌蕊柄向地伸长将子房带入地下完成荚果发育,未入土的果针不能膨大形成荚果,从而影响花生产量。研究表明黑暗和机械刺激是影响荚果膨大的两个基本因素,但其分子机理至今未明。课题组前期开展了针对黑暗和机械刺激影响荚果膨大的预实验,并从近3000份资源中筛选出8份与荚果膨大相关的材料。基于此本项目拟通过对不同基因型材料重测序,挖掘与荚果膨大相关的SNP位点。通过转录组、小RNA和蛋白组以及内源激素测定,分析在果针不同处理(正常、黑暗、机械刺激和黑暗+机械刺激)条件下荚果膨大相关的差异表达基因、蛋白和miRNA以及激素变化等。最后采用多组学联合分析建立转录、转录后调控、翻译水平的调控网络,从多维度揭示黑暗和机械刺激影响花生荚果膨大的分子机理。本研究对解析花生独特果实发育模式具有重要的理论意义,并将丰富花生荚果遗传改良的分子理论,具有潜在的育种前景。

结项摘要

本项目通过基因组、转录组、miRNA和蛋白组以及内源激素测定,分析了荚果膨大相关的差异表达基因、蛋白和miRNAs,以及果针在不同处理条件下(正常、黑暗、机械刺激和黑暗+机械刺激)的激素变化,从多维度揭示了花生荚果膨大的分子机理。首先通过二代和三代高通量测序相结合对地方品种“伏花生”进行了全基因组de novo测序,获得长度为2.55 Gb的花生栽培种基因组,覆盖预测的花生基因组的~97%。花生栽培种全基因组测序的完成为后续的多组学联合分析提供重要的参考基因组,是后续分析顺利开展的重要前提。在不同处理条件下(正常、黑暗、机械刺激和黑暗+机械刺激)的荚果膨大结果发现花生荚果在模拟黑暗和机械刺激条件下发生膨大,其中机械刺激对花生荚果膨大的作用大于黑暗条件的作用。不同处理条件及花生荚果膨大的不同阶段中果壳的植物激素含量均存在差异,表明植物激素可能在花生荚果发育过程中起着重要的调控作用。通过对花生荚果不同发育时期的果壳和种子进行 small RNA 测序,共获得62个新的花生miRNA和203个已知的miRNA,发现miRNA及其调控的目标基因在荚果发育过程中呈动态变化,表明不同的 miRNA 在花生荚果、种子发育的不同时期发挥作用,该结果为阐释花生荚果暗发育的分子机制提供了转录后调控的理论参考依据。基于已发表的花生组学结果,构建了花生基因蛋白质组学联合分析平台和花生脂质组学分析平台。此外,花生基因组测序结果中发现,与其他作物基因组相比,FAR1基因家族在花生基因组中富集,且在物种进化过程中经历了更强烈的自然选择过程。这些研究结果为深入解析花生独特的果实发育现象提供线索,对研究植物果实器官的起源和进化具有重要的理论意义,并将丰富花生荚果遗传改良的分子理论,具有潜在的育种前景。本项目发表论文8篇,其中SCI收录论文7篇。项目组2名成员职称获得晋升。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Integrated Analysis of Comparative Lipidomics and Proteomics Reveals the Dynamic Changes of Lipid Molecular Species in High-Oleic Acid Peanut Seed
比较脂质组学和蛋白质组学综合分析揭示高油酸花生种子脂质分子形态的动态变化
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.9b04179
  • 发表时间:
    2020-01-08
  • 期刊:
    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Liu, Hao;Hong, Yanbin;Liang, Xuanqiang
  • 通讯作者:
    Liang, Xuanqiang
Genome-wide identification of microsatellite markers from cultivated peanut (Arachis hypogaea L.)
栽培花生(ArachishypogaeaL.)微卫星标记的全基因组鉴定
  • DOI:
    10.1186/s12864-019-6148-5
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    BMC GENOMICS
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Lu, Qing;Hong, Yanbin;Liang, Xuanqiang
  • 通讯作者:
    Liang, Xuanqiang
Sequencing of Cultivated Peanut, Arachis hypogaea, Yields Insights into Genome Evolution and Oil Improvement
对栽培花生(Arachishypogaea)进行测序,深入了解基因组进化和油脂改良
  • DOI:
    10.1016/j.molp.2019.03.005
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    MOLECULAR PLANT
  • 影响因子:
    27.5
  • 作者:
    Chen, Xiaoping;Lu, Qing;Liang, Xuanqiang
  • 通讯作者:
    Liang, Xuanqiang
Consensus map integration and QTL meta-analysis narrowed a locus for yield traits to 0.7cM and refined a region for late leaf spot resistance traits to 0.38cM on linkage group A05 in peanut (Arachis hypogaea L.)
共识图谱整合和 QTL 荟萃分析将花生 (Arachishypogaea L.) 连锁群 A05 上的产量性状基因座缩小至 0.7cM,并将晚期叶斑病抗性性状区域细化至 0.38cM
  • DOI:
    10.1186/s12864-018-5288-3
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    BMC Genomics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Lu Qing;Liu Hao;Hong Yanbin;Li Haifen;Liu Haiyan;Li Xingyu;Wen Shijie;Zhou Guiyuan;Li Shaoxiong;Chen Xiaoping;Liang Xuanqiang
  • 通讯作者:
    Liang Xuanqiang
Genome Sequencing and Analysis of the Peanut B-Genome Progenitor (Arachis ipaensis).
花生 B 基因组祖细胞 (Arachis ipaensis) 的基因组测序和分析
  • DOI:
    10.3389/fpls.2018.00604
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Lu Q;Li H;Hong Y;Zhang G;Wen S;Li X;Zhou G;Li S;Liu H;Liu H;Liu Z;Varshney RK;Chen X;Liang X
  • 通讯作者:
    Liang X

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  • 作者:
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其他文献

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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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