ERA-CAPS: Collaborative Research: Thylakoid ion flux-Linking photosynthetic efficiency with osmotic stress response

ERA-CAPS:合作研究:类囊体离子通量-将光合效率与渗透胁迫响应联系起来

基本信息

  • 批准号:
    1847193
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Plant productivity is dependent on many environmental factors, whether plants grow wild or are carefully cultivated in a farmer's field. Efficient photosynthesis is the key to plant productivity, but soil salinity disrupts electrolytes, the so-called ion balance, in the leaf cells where photosynthesis occurs. Soil salinity is a growing problem globally and will affect worldwide food supplies if not effectively controlled. Deciphering how a plant responds to salinity and regulates its cellular ion fluxes is essential to understanding and potentially improving photosynthesis. This project identifies specific genes that control ion fluxes and responses to salinity in plants using a specialized imaging system and analysis tools to study their role in plant productivity. The international team will use their findings to develop a computational model to inform and improve breeding programs and to develop more highly productive plants that can tolerate soil salinity. The model will be tested in tomato with potential to have broad impact to assure global food security.Ion flux across the thylakoid membrane represents a promising target for improving plant photosynthesis, yet knowledge of key components is far from complete. This project brings together an international consortium with complementary expertise in chloroplast ion flux, spectroscopy, phenotyping, ionomics, biochemistry, bioenergetics, and computational modelling. By pursing multi-day phenotyping with dynamic growth lighting, the team has isolated new candidate thylakoid ion flux mutants. The researchers will study the compromised genes and their link to known thylakoid ion flux mediators by pursuing the following aims: (i) complete the thylakoid ion transport protein inventory; (ii) determine the role of thylakoid ion flux interactions in photosynthesis and hyperosmotic stress resistance; (iii) identify the process by which thylakoid ion flux impacts the hyperosmotic stress response; (iv) analyze thylakoid ion flux impacts on key agronomical traits in crop plants; and (v) generate a model for simulating increases to photosynthetic efficiency and salt stress resistance as a function of thylakoid ion flux. The Flux4LIVES project has several broader impacts. Photosynthesis is arguably the most important reaction on earth and a foundation for life. With clear evidence that growth conditions in the field have become more adverse recently, a detailed understanding on how abiotic stress impacts this reaction pathway is needed. Understanding the molecular mechanisms that protect photosynthesis and plant productivity will be key to improving these pathways and thus securing necessary levels of global food production. Since the data obtainedwill be open-access via the existing PhotosynQ database, the global scientific community can apply the knowledge to their own biological and ecological questions and thus further the effort to meet food demands across varying climates and conditions.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
植物的生产力取决于许多环境因素,无论植物是野生的还是在农民的田地里精心培育的。有效的光合作用是植物生产力的关键,但土壤盐分会破坏光合作用发生的叶细胞中的电解质,即所谓的离子平衡。土壤盐碱化是一个日益严重的全球性问题,如果不加以有效控制,将影响全球粮食供应。破译植物如何响应盐度并调节其细胞离子通量对于理解和潜在地改善光合作用至关重要。该项目使用专门的成像系统和分析工具确定控制植物中离子通量和对盐度反应的特定基因,以研究它们在植物生产力中的作用。国际团队将利用他们的发现开发一个计算模型,为育种计划提供信息和改进,并开发出能够耐受土壤盐分的高产植物。该模型将在番茄中进行测试,有可能对确保全球粮食安全产生广泛影响。类囊体膜上的离子通量是改善植物光合作用的一个有前途的目标,但对关键成分的了解还远未完成。该项目汇集了一个国际财团,在叶绿体离子通量,光谱学,表型,离子组学,生物化学,生物能量学和计算建模方面具有互补的专业知识。通过采用动态生长照明进行多日表型分析,该团队分离出了新的候选类囊体离子通量突变体。研究人员将通过以下目标研究受损基因及其与已知类囊体离子通量介质的联系:(i)完成类囊体离子转运蛋白清单;(ii)确定类囊体离子通量相互作用在光合作用和高渗胁迫抗性中的作用;(iii)确定类囊体离子通量影响高渗胁迫反应的过程;(iv)确定类囊体离子通量影响高渗胁迫反应的过程。(iv)分析类囊体离子通量对作物植物中关键农艺性状的影响;以及(v)生成用于模拟作为类囊体离子通量的函数的光合效率和盐胁迫抗性的增加的模型。Flux 4Lives项目有几个更广泛的影响。光合作用可以说是地球上最重要的反应,也是生命的基础。有明确的证据表明,在该领域的增长条件变得更加不利,最近,一个详细的了解如何非生物胁迫影响这一反应途径是必要的。了解保护光合作用和植物生产力的分子机制将是改善这些途径的关键,从而确保全球粮食生产的必要水平。由于获得的数据将通过现有的PhotosynQ数据库开放访问,全球科学界可以将这些知识应用于他们自己的生物和生态问题,从而进一步努力满足不同气候和条件下的食品需求。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Growth under Fluctuating Light Reveals Large Trait Variation in a Panel of Arabidopsis Accessions
  • DOI:
    10.3390/plants9030316
  • 发表时间:
    2020-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Kaiser, Elias;Walther, Dirk;Armbruster, Ute
  • 通讯作者:
    Armbruster, Ute
Light Potentials of Photosynthetic Energy Storage in the Field: What limits the ability to use or dissipate rapidly increased light energy?
现场光合能量储存的光势:是什么限制了使用或消散快速增加的光能的能力?
  • DOI:
    10.1101/2021.08.26.457798
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kanazawa, Atsuko;Chattopadhyay, Abhijnan;Kuhlgert, Sebastian;Tuitupou, Hainite;Maiti, Tapabrata;Kramer, David M.
  • 通讯作者:
    Kramer, David M.
Light acclimation interacts with thylakoid ion transport to govern the dynamics of photosynthesis in Arabidopsis
光驯化与类囊体离子运输相互作用,控制拟南芥光合作用的动态
  • DOI:
    10.1111/nph.18534
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    von Bismarck, Thekla;Korkmaz, Kübra;Ruß, Jeremy;Skurk, Kira;Kaiser, Elias;Correa Galvis, Viviana;Cruz, Jeffrey A.;Strand, Deserah D.;Köhl, Karin;Eirich, Jürgen
  • 通讯作者:
    Eirich, Jürgen
Impact of ion fluxes across thylakoid membranes on photosynthetic electron transport and photoprotection
  • DOI:
    10.1038/s41477-021-00947-5
  • 发表时间:
    2021-06-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    18
  • 作者:
    Li, Meng;Svoboda, Vaclav;Kirchhoff, Helmut
  • 通讯作者:
    Kirchhoff, Helmut
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Hans;David Kramer
  • 通讯作者:
    David Kramer

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  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 36.08万
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    Standard Grant
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  • 批准号:
    1539848
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 36.08万
  • 项目类别:
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 36.08万
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Collaborative Research: Arctic Sensitivity to Climate Perturbations and a Millenial Perspective on Current Warming Derived from Shrinking Ice Caps
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2012
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  • 批准号:
    0909285
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 36.08万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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知道了