Mechanisms, Gene Targets and Response Strategies of Retrograde Signaling During Mitochondrial Perturbations in Plants

植物线粒体扰动期间逆行信号传导的机制、基因靶点和响应策略

基本信息

  • 批准号:
    0822521
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-08-01 至 2010-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Mitochondria are the sub-cellular compartments that perform numerous metabolic processes and produce necessary chemical energy. Environmental stresses such as high ozone levels and cold can negatively affect plant mitochondrial function, which can limit productivity. Evidence suggests that mitochondria are 'sensors' that communicate cell status changes to the nucleus to alter expression of genes; a process called mitochondrial retrograde regulation (MRR). Presumably, the changes in gene expression are directed at recovering from the perturbations caused by the stresses. This is an important research area because it is becoming increasingly clear that MRR is a fundamental aspect of many eukaryotic stress and disease responses. However, the mechanisms of this mitochondria-to-nucleus communication remain elusive. Results from this research will allow a greater understanding of how mitochondria can communicate with the nucleus to alter the activity of genes. This will be accomplished by using 1) biochemistry and metabolomics to identify compounds that may be involved in MRR; 2) "reverse genetics" to study plants that lack specific proteins thought to be involved in MRR; and 3) genomics to identify all genes in the model plant Arabidopsis thaliana that are affected in the early stages of the MRR response. It is expected that this research effort will result in identification of components of the molecular mechanisms of MRR and mitochondria-directed strategies that plants use to overcome environmental stresses. If MRR can be enhanced, this advance may allow production of crop plants that are more tolerant to environmental stresses and increased plant productivity for food and biofuels. This project will involve graduate students, undergraduate students and post-doctoral fellows. Additionally, it will be part of a training program for high school teachers and provide opportunities for students (including members of under-represented groups in science) to participate in biotechnology/genomic research as part of a high school curriculum.
线粒体是执行许多代谢过程并产生必要化学能的亚细胞区室。高臭氧水平和寒冷等环境压力会对植物线粒体功能产生负面影响,从而限制植物的生产力。有证据表明,线粒体是“传感器”,将细胞状态的变化传递给细胞核,从而改变基因的表达;这一过程被称为线粒体逆行调节(MRR)。据推测,基因表达的变化是为了从压力引起的扰动中恢复过来。这是一个重要的研究领域,因为越来越清楚的是,MRR是许多真核生物应激和疾病反应的一个基本方面。然而,这种线粒体到细胞核的通讯机制仍然是难以捉摸的。这项研究的结果将使我们更好地了解线粒体如何与细胞核交流,从而改变基因的活性。这将通过使用1)生物化学和代谢组学来识别可能参与MRR的化合物来实现;2)“反向遗传学”,研究缺乏被认为与MRR相关的特定蛋白质的植物;3)基因组学鉴定模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中在MRR反应早期阶段受影响的所有基因。预计这项研究将导致MRR分子机制的组成部分和植物用来克服环境胁迫的线粒体定向策略的鉴定。如果MRR能够得到提高,这一进展可能会使作物更能适应环境压力,并提高粮食和生物燃料的植物生产力。该项目将涉及研究生、本科生和博士后。此外,它将成为高中教师培训计划的一部分,并为学生(包括科学领域代表性不足的群体的成员)提供参与生物技术/基因组研究的机会,作为高中课程的一部分。

项目成果

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