Coordination of vacuolar proton-pumps during cold acclimation

冷驯化过程中液泡质子泵的协调

基本信息

项目摘要

The geographical distribution of plant species as well as the growth and yield of crop plants are limited by their tolerance to low temperatures. Whereas plants from temperate regions increase their freezing tolerance during exposure to low but non-freezing temperatures in a process termed cold acclimation, chilling-sensitive plants fail to do so. Damage to cellular membranes is the major cause of freezing injury in chilling-sensitive plants and inactivation of the vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) leading to cytosolic acidification has been reported to be one of the primary events after cold exposure. We have shown that cold acclimation in Arabidopsis involves an increase in V-ATPase activity that requires the presence and activity of a second enzyme, the vacuolar H+-PPase (V-PPase).We now propose to determine the molecular mechanism underlying the interplay of the two proton-pumps during cold acclimation as well as the function of their reversible modification via S-acylation. Moreover, we will perform a comprehensive analysis of the role of vacuolar H+-pumps during cold acclimation via genetically encoded sensors (pH and ATP/ADP ratio) as well as by metabolomics and lipidomics approaches. Based on the expected insights novel strategies for improved cold tolerance of crop plants will be developed.
植物物种的地理分布以及农作物的生长和产量受到它们对低温的耐受性的限制。然而,来自温带地区的植物在暴露于低但非冻结温度的过程中增加了其耐冻性,称为冷驯化,冷敏感植物不能这样做。细胞膜的损伤是低温敏感植物冻害的主要原因,而液泡H+-ATPase(V-ATPase)失活导致胞质酸化是低温胁迫后的主要事件之一。我们已经证明,拟南芥冷驯化过程中V-ATPase活性的增加需要另一种酶--液泡H+-PPase(V-PPase)的存在和活性,我们现在打算确定这两种质子泵在冷驯化过程中相互作用的分子机制以及它们通过S-酰化进行可逆修饰的功能。此外,我们将通过基因编码的传感器(pH值和ATP/ADP比值)以及代谢组学和脂质组学方法对液泡H+泵在冷驯化过程中的作用进行全面分析。基于预期的见解,将开发新的策略,提高作物的耐冷性。

项目成果

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