Enhancing stress tolerance using a phase-dependent stress response

使用阶段相关的应激反应增强应激耐受性

基本信息

  • 批准号:
    2029549
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 66.13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Climate change threatens global crop production. These threats vary in frequency, type and severity depending on geographic location. As a consequence, crops grown across latitudinal zones require diverse coping strategies. To ensure the future of crop production, this project will apply an imaginative model for crop improvement based on the plant’s circadian clock, an internal timekeeper that enables plants to coordinate growth with the environment in accordance with the daylength. This internal oscillator, much like the human circadian clock, controls when physiological and metabolic changes occur throughout the day. As a result, plants under stress turn on and off certain genes at specific times of day to modulate physiological responses. The energy cost associated with a stress response is high and while turning these genes on indefinitely can provide stress tolerance it often leads to a significant reduction in yield. This project will test whether cold stress tolerance can be achieved by modifying the timing of the response through fine-tuning when these genes are turned on and off and monitoring the physiological impact on growth. These tests will be performed in the model plant Arabidopsis and crop Brassica rapa, a diverse crop that includes Chinese cabbage, turnip, oilseed and leafy vegetable varieties that have a wide range of cold tolerance traits to be studied. The methods and tools used to create these modifications will be made available to the scientific community to allow for implementation in other crop systems against a variety of stresses to improve yield throughout the U.S.Current models for abiotic stress improvement often rely on over-expression of identified transcription factors (TFs) that confer improved stress response but come at a cost to overall growth and yield. As a central integrator of environmental signals, the circadian clock provides a unique target for optimizing responses to the environment while maintaining proper physiological processes. This project incorporates time dependent transcriptome and physiological cold stress datasets from diverse B. rapa and Arabidopsis genotypes into temporal gene regulatory networks (GRNs). These GRNs will be used to identify Temporal Stress Regulator (TSR) TFs that are associated with cold tolerant genotypes. TSRs showing altered temporal responses between tolerant and sensitive genotypes will be selected for phase-dependent TSR synthetic constructs. CRISPR/Cas9 techniques will be used to adjust the expression of the native TSR in the sensitive genotype to mimic the pattern observed in the tolerant genotype. These phase-altered TSRs that are integrated into the circadian and/or diel networks will be tested for improved stress tolerance using physiological measures of PSII efficiency, growth rate, flowering time and biomass. Transcriptome profiling of successfully altered genotypes will be performed with temporal resolution to identify the degree of GRN reorganization and improve future model predictions. In addition to providing data analysis tools and techniques for applying this method to other crops, a plant stress education module will be introduced to middle school students to introduce them to plant biology and help prepare them for STEM-based careers.This award was co-funded by the Plant Genome Research Program and the Physiological Mechanisms and Biomechanics Program in the Division of Integrative Organismal Systems.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.
气候变化威胁全球粮食生产。这些威胁的频率、类型和严重程度因地理位置而异。因此,在不同纬度地区种植的作物需要不同的应对策略。为了确保作物生产的未来,该项目将采用一种基于植物昼夜节律钟的富有想象力的作物改良模型,这种生物钟是一种内部计时器,使植物能够根据日照长度与环境协调生长。这种内部振荡器,就像人类的生物钟一样,控制着一天中生理和代谢变化的发生。因此,处于胁迫下的植物会在一天中的特定时间开启和关闭某些基因,以调节生理反应。与胁迫反应相关的能量成本很高,虽然无限期地打开这些基因可以提供胁迫耐受性,但通常会导致产量显着降低。该项目将测试是否可以通过微调这些基因的开启和关闭来修改响应的时间,并监测对生长的生理影响,从而实现冷胁迫耐受性。这些测试将在模式植物拟南芥和作物芜菁中进行,芜菁是一种多样化的作物,包括大白菜,萝卜,油籽和叶菜品种,具有广泛的耐冷特性。用于创建这些修改的方法和工具将提供给科学界,以允许在其他作物系统中针对各种胁迫实施,以提高整个美国的产量。目前的非生物胁迫改善模型通常依赖于已鉴定的转录因子(TF)的过表达,这些转录因子赋予改善的胁迫反应,但以整体生长和产量为代价。作为环境信号的中心整合者,生物钟提供了一个独特的目标,用于优化对环境的反应,同时维持适当的生理过程。该项目结合了来自不同B的时间依赖性转录组和生理冷应激数据集。rapa和拟南芥基因型的时间基因调控网络(GRNs)。这些GRN将用于鉴定与耐冷基因型相关的时间应激调节因子(TSR)TF。将选择在耐受性和敏感性基因型之间显示改变的时间响应的TSR用于阶段依赖性TSR合成构建体。CRISPR/Cas9技术将用于调节敏感基因型中天然TSR的表达,以模拟耐受基因型中观察到的模式。将使用PSII效率、生长速率、开花时间和生物量的生理学测量来测试整合到昼夜节律和/或昼夜网络中的这些相位改变的TSR以改善胁迫耐受性。成功改变基因型的转录组分析将以时间分辨率进行,以确定GRN重组的程度并改善未来的模型预测。除了提供数据分析工具和将这种方法应用于其他作物的技术外,将向中学生介绍植物压力教育模块,向他们介绍植物生物学,并帮助他们为STEM职业做好准备。由植物基因组研究计划和综合有机系统部的生理机制和生物力学计划资助。该奖项反映了NSF的基金会的使命是履行其法定使命,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(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Kathleen Greenham其他文献

Author response: Temporal network analysis identifies early physiological and transcriptomic indicators of mild drought in Brassica rapa
作者回应:时间网络分析确定了白菜轻度干旱的早期生理和转录组指标
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kathleen Greenham;Carmela Rosaria Guadagno;Malia A. Gehan;T. Mockler;C. Weinig;B. Ewers;C. R. McClung
  • 通讯作者:
    C. R. McClung
Integrating circadian dynamics with physiological processes in plants
将植物的昼夜节律动力学与生理过程相结合
  • DOI:
    10.1038/nrg3976
  • 发表时间:
    2015-09-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    52.000
  • 作者:
    Kathleen Greenham;C. Robertson McClung
  • 通讯作者:
    C. Robertson McClung

Kathleen Greenham的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Kathleen Greenham', 18)}}的其他基金

NSF Postdoctoral Fellowship in Biology FY 2012
2012 财年 NSF 生物学博士后奖学金
  • 批准号:
    1202779
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
    Fellowship Award

相似国自然基金

Tmem30a通过ER Stress/NF-κB信号通路调节肠上皮细胞屏障功能稳态介导炎症性肠病的研究
  • 批准号:
    82300629
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
槲皮素控释系统调控Mettl3/Per1修复氧化应激损伤促牙周炎骨再生及机制研究
  • 批准号:
    82370921
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
生理/病理应激差异化调控肝再生的“蓝斑—中缝”神经环路机制
  • 批准号:
    82371517
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Sestrin2抑制内质网应激对早产儿视网膜病变的调控作用及其机制研究
  • 批准号:
    82371070
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
组蛋白乙酰化修饰ATG13激活自噬在牵张应力介导骨缝Gli1+干细胞成骨中的机制研究
  • 批准号:
    82370988
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
二甲双胍抗肥胖新机制:调节小胶质细胞ER stress-EVs缓解下丘脑炎症
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
肿瘤相关巨噬细胞通过Stress Granule 形成调控炎症小体促进舌鳞癌转移的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
ACSL4/ER stress/GPX4通路在溃疡性结肠炎中对Ferroptosis的调控机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
炎症相关因子 RKIP 通过活化 ER stress 相关的IRE1α/XBP1 信号轴调控肝脏疾病的机制研究
  • 批准号:
    LY22H030007
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
NRF2/MFN2/ERS信号异常促进ADSCs衰老和肥大型肥胖皮下脂肪组织胰岛素抵抗的机制研究
  • 批准号:
    32000511
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Enhancing the stress tolerance and shelf life of horticultural crops through light quality manipulation.
通过光质量控制提高园艺作物的抗逆性和保质期。
  • 批准号:
    2439651
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
    Studentship
Enhancing barley environmental stress tolerance through targeted mutagenesis.
通过定向诱变增强大麦的环境胁迫耐受性。
  • 批准号:
    2276771
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
    Studentship
Enhancing Weight Loss Maintenance with GLP-1 in Adolescents with Severe Obesity
使用 GLP-1 加强重度肥胖青少年的减肥维持
  • 批准号:
    9282436
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
Enhancing Weight Loss Maintenance with GLP-1 in Adolescents with Severe Obesity
使用 GLP-1 加强重度肥胖青少年的减肥维持
  • 批准号:
    8936755
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
Enhancing Weight Loss Maintenance with GLP-1 in Adolescents with Severe Obesity
使用 GLP-1 加强重度肥胖青少年的减肥维持
  • 批准号:
    9115305
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
Enhancing Weight Loss Maintenance with GLP-1 in Adolescents with Severe Obesity
使用 GLP-1 加强重度肥胖青少年的减肥维持
  • 批准号:
    9120364
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
Enhancing cancer treatment by normal tissue protection
通过保护正常组织增强癌症治疗
  • 批准号:
    9452919
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
Enhancing cancer treatment by normal tissue protection
通过保护正常组织增强癌症治疗
  • 批准号:
    9207750
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
Enhancing cancer treatment by normal tissue protection
通过保护正常组织增强癌症治疗
  • 批准号:
    8671485
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
Enhancing Metabolic Oxidative Stress and Therapy Responses in Cancer Stem Cells
增强癌症干细胞的代谢氧化应激和治疗反应
  • 批准号:
    8623548
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 66.13万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了