CAREER: De novo emergence of novel regulatory mechanisms that determine carbon and nitrogen resource allocations in plants

职业生涯:决定植物碳氮资源分配的新型调控机制从头出现

基本信息

  • 批准号:
    2238942
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 79.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-02-15 至 2028-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The bulk molecular composition of biological systems is determined by complex metabolic networks that mediate the allocation of primarily carbon (C) and nitrogen (N) to the assembly of macromolecules such as proteins, oils, and carbohydrates. This metabolic allocation is of major importance in determining the nutritional quality of plant seeds, which fundamentally affects the ability of the seed to act as the propagule and is also of major importance to agricultural production of food, feed and bio-based feedstocks. The Arabidopsis QQS (Qua-Quine Starch, At3g30720) gene has the potential of being a universal novel regulator of C and N allocation to the assembly of proteins and carbohydrates. QQS is archetypal of a class of “orphan” genes that shares no sequence homology in any other species and is exemplary of the “dark-genome”. When QQS is expressed in crops, it increases protein and decreases starch content. QQS physically interacts with the C4 subunit of the trimeric Nuclear Factor Y (NF-Y) that regulates eukaryotic transcription. The broader impacts of the project include the intrinsic nature of the research, which could provide a major breakthrough in our ability to systematically direct metabolism towards the production of food and feed, and biorenewable resources. In addition, the project will provide excellent projects for postdoctoral researchers, graduate, undergraduate and high/middle/elementary school students and education of plant biotechnology in Mississippi, accessible inter-disciplinary training to increase student exposure to biology early, and to increase the number of early career researchers who may spur innovation in STEM research. The overall research goal is to identify and expand the novel regulatory network that enables QQS to control protein and carbohydrate composition in plants. The overarching hypothesis is that protein-coding orphan genes, which have evolutionarily only recently emerged (e.g., QQS), can be selected and maintained in evolution by acting on existing metabolic networks to mediate responses that confer selective advantages. This research proposes to elucidate the regulatory network that QQS disrupts, which impacts the metabolic network determining protein and carbohydrate content. This research will provide a paradigm for understanding how an orphan gene can be integrated into established genetic and biochemical networks and spur the rapid acquisition of novel traits. Specifically, the QQS protein interacts with NF-YC4 regulatory complex, affecting the C and N partitioning between starch and protein reserves. This attribute is transgenically transferable across species barriers and has the potential to regulate plant reserves to the benefit of human consumption. Moreover, the QQS gene offers unique opportunities to fundamentally understand the intersection between genetic and metabolic networks regulating one of the most important traits in agriculture: seed composition determinants.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.
生物系统的整体分子组成由复杂的代谢网络决定,该代谢网络介导主要碳(C)和氮(N)分配到大分子如蛋白质、油和碳水化合物的组装。这种代谢分配在确定植物种子的营养质量方面非常重要,这从根本上影响种子作为繁殖体的能力,并且对于食品、饲料和生物基原料的农业生产也非常重要。拟南芥QQS基因(At 3g 30720)是一种新型的调节蛋白质和碳水化合物组装过程中碳氮分配的基因。QQS是一类“孤儿”基因的原型,其在任何其他物种中不具有序列同源性,并且是“暗基因组”的示例。当QQS在作物中表达时,它会增加蛋白质含量并降低淀粉含量。QQS与调节真核转录的三聚体核因子Y(NF-Y)的C4亚基物理相互作用。该项目的更广泛影响包括研究的内在性质,这可能为我们系统地指导食物和饲料生产以及生物可再生资源的代谢能力提供重大突破。此外,该项目将为博士后研究人员,研究生,本科生和高中/初中/小学生提供优秀的项目,并在密西西比提供植物生物技术教育,提供跨学科培训,以增加学生早期接触生物学,并增加可能刺激STEM研究创新的早期职业研究人员的数量。总体研究目标是确定和扩展新的调控网络,使QQS能够控制植物中的蛋白质和碳水化合物组成。最重要的假设是,蛋白质编码孤儿基因,这是最近才出现的进化(例如,QQS),可以通过作用于现有的代谢网络来介导赋予选择优势的反应而在进化中被选择和维持。这项研究旨在阐明QQS破坏的调节网络,这影响了决定蛋白质和碳水化合物含量的代谢网络。这项研究将为理解孤儿基因如何整合到已建立的遗传和生化网络中提供一个范例,并刺激新性状的快速获得。具体而言,QQS蛋白与NF-YC 4调节复合物相互作用,影响淀粉和蛋白质储备之间的C和N分配。这一属性是跨物种障碍的转基因转移,并有可能调节植物储备,以造福人类消费。此外,QQS基因提供了独特的机会,从根本上了解遗传和代谢网络之间的交叉调节农业中最重要的性状之一:种子成分决定因素。该奖项反映了NSF的法定使命,并已被认为值得通过评估使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准的支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Improved forage quality and biomass yield of alfalfa (Medicago sativa L.) by Arabidopsis QQS orphan gene
  • DOI:
    10.1016/j.cpb.2023.100295
  • 发表时间:
    2023-09-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Wang, Kexin;Yan, Jianing;Zhang, Wanjun
  • 通讯作者:
    Zhang, Wanjun
{{ 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 }}

Ling Li其他文献

Improvement of transfection efficiency by galactosylated N - 3 - guanidinopropyl methacrylamide - co - poly (ethylene glycol) methacrylate copolymer
半乳糖基化N-3-胍基丙基甲基丙烯酰胺-共聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯共聚物提高转染效率
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Xinsong Li;Zhu Qin;Yang Wu;Liang Guo;Wei Liu;Ling Li;Yunhui Li;Lihong Yin;Yuepu Pu
  • 通讯作者:
    Yuepu Pu
Rhythmic motion synthesis using motion thread networks
使用运动线程网络进行韵律运动合成
Immunophenotyping and machine learning identify distinct immunotypes that predict COVID-19 clinical severity
免疫表型分析和机器学习可识别预测 COVID-19 临床严重程度的不同免疫类型
  • DOI:
    10.1101/2021.05.07.21256531
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Y. Mueller;T. Schrama;Rik Ruijten;M. Schreurs;Dwin G. B. Grashof;H. V. D. van de Werken;Daniel Álvarez de la Sierra;Caoimhe H Kiernan;Melisa D. Castro Eiro;M. van Meurs;Inge Brouwers;Manzhi Zhao;Ling Li;H. D. de Wit;C. Ouzounis;Merel E. P. Wilmsen;Tessa M. Alofs;Danique A. Laport;Tamara van Wees;Geoffrey Kraker;M. Jaimes;Sebastiaan Van Bockstael;M. Hernández;C. Rokx;B. Rijnders;R. Pujol;P. Katsikis
  • 通讯作者:
    P. Katsikis
Reactions of anions [(μ-PhSe)(μ-CO)Fe2(CO)6]− and {[μ-SeZSe-μ][(μ-CO)Fe2(CO)6]2}2− with various electrophiles to give the corresponding new linear and macrocyclic cluster complexes
阴离子 [(μ-PhSe)(μ-CO)Fe2(CO)6]− 和 {[μ-SeZSe-μ][(μ-CO)Fe2(CO)6]2}2−− 的反应
  • DOI:
    10.1016/j.jorganchem.2020.121217
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Li-Cheng Song;Wen-Bo Liu;Ling Li;Xi-Yue Yang
  • 通讯作者:
    Xi-Yue Yang
Structure and properties of (1-x)La0.67Sr0.33MnO3/xMnO multicomponent composite
(1-x)La0.67Sr0.33MnO3/xMnO多元复合材料的结构与性能
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2021.06.232
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Xiao-Yu Zhang;Zi-Yang Fu;Yi-Chi Zhang;Ling Li;Xiao-Juan He;Pei-Jie Jiao;Ji Zhang;Zheng-Bin Gu;Shan-Tao Zhang
  • 通讯作者:
    Shan-Tao Zhang

Ling Li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('Ling Li', 18)}}的其他基金

CAREER: Biomineralized architected metamaterials: structural design and formation mechanisms
职业:生物矿化超材料:结构设计和形成机制
  • 批准号:
    1942865
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
QRM: Understanding the Mechanical Design of Natural Cellular Materials via a Multiscale Quantitative Structural Representation
QRM:通过多尺度定量结构表示理解天然细胞材料的机械设计
  • 批准号:
    1825646
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Investigating the Effectiveness of Pair Programming for Students with Learning Disabilities
调查结对编程对有学习障碍的学生的有效性
  • 批准号:
    1712251
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

DNMT3B通过de novo甲基化下调EIF4A3表达抑制PI3K/AKT通路减少巨噬细胞M2极化增强NPC放疗抵抗的研究
  • 批准号:
    2025JJ70151
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
BAIAP2基因de novo变异在儿童发育性癫痫性脑病中的作用 及机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于中国马Y染色体de novo组装对家马父系起源进化及繁殖性状候选基因定位的研究
  • 批准号:
    32302731
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于Cre酶的靶向性de novo DNA甲基化技术和模型开发
  • 批准号:
    32300469
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
狼疮易感基因PHRF1及其de novo突变R194C的免疫病理机制研究
  • 批准号:
    32270946
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
IDO-1介导的De novo NAD+合成激活在肺动脉高压中的作用和机制研究
  • 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
转录抑制辅因子de novo突变在系统性红斑狼疮中的发病机制研究
  • 批准号:
    32170903
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
水稻de novo基因OsJDG1调控籼粳粒型分化的机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
致聋基因de novo突变遗传来源及传递方式研究
  • 批准号:
    81900951
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
牦牛Y染色体雄性特异区的de novo组装及SNP图谱构建
  • 批准号:
    31960656
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    40.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

de novo 脂肪酸合成経路に着目した心臓線維化の分子機序解明と治療法の確立
阐明心脏纤维化的分子机制并建立以脂肪酸从头合成途径为重点的治疗方法
  • 批准号:
    24K11290
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
次世代mRNAに資するde novo IRESの創製
从头创建 IRES 有助于下一代 mRNA
  • 批准号:
    24KJ1491
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
三次元血管モデルを用いた弾性線維のde novo形成機構の解明と再生法の開発
利用三维血管模型阐明弹性纤维的从头形成机制并开发再生方法
  • 批准号:
    23K18320
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
成体の血管恒常性維持におけるペリサイトのde novo発生機構の解明
阐明周细胞维持成人血管稳态的从头生成机制
  • 批准号:
    23KJ1987
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
中心小体de novo形成を介したがん抑制機構の解明
阐明中心粒从头形成介导的癌症抑制机制
  • 批准号:
    23KJ0800
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Development of Next-Generation Mass Spectrometry-based de novo RNA Sequencing for all Modifications
开发适用于所有修饰的下一代基于质谱的从头 RNA 测序
  • 批准号:
    10581994
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
Inherited and de novo genetic variants relevant to familial, recurrent and sporadic stillbirth
与家族性、复发性和散发性死产相关的遗传性和从头遗传变异
  • 批准号:
    10719376
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
Conference: SMBE Satellite Meeting On De Novo Gene Birth
会议:SMBE 关于 De Novo 基因诞生的卫星会议
  • 批准号:
    2305321
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FET: Small: De Novo Protein Scaffold Filling by Combinatorial Algorithms and Deep Learning Models
合作研究:FET:小型:通过组合算法和深度学习模型从头填充蛋白质支架
  • 批准号:
    2307573
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: DMREF: De Novo Proteins as Junctions in Polymer Networks
合作研究:DMREF:De Novo 蛋白质作为聚合物网络中的连接点
  • 批准号:
    2323315
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 79.99万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了