Systems biology approach in unraveling the mechanism of cellular toxicity of auxinic herbicide

系统生物学方法揭示生长素除草剂的细胞毒性机制

基本信息

  • 批准号:
    21780305
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.91万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2009 至 2010
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The auxinic herbicide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) is widely used to kill the weeds in crop fields. However, the molecular mechanism how it kills the dicot remains elusive. Previously, we provided evidence that 2,4-D degrades the cell cytoskeletal machinery and induces apoptosis through a novel auxin independent pathway (Rahman et al., 2007 ; Takahashi et al., manuscript in preparation). These results confirmed that the herbicidal action of 2,4-D is tightly linked to cellular toxicity instead of commonly believed acute auxin toxicity. To further clarify the mode of action of 2,4-D and unravel the molecular mechanism of its cellular toxicity, a systems biology approach was taken, which includes omics, bioinformatics and reverse genetics. Comparative transcriptome analysis between IAA and 2,4-D, identified distinct set of genes that are specifically responsive to 2,4-D. The Gene Ontology annotation analyses of these 2,4-D responsive genes reveal a group of genes that are linked to cell cytoskeletal component and apoptosis, confirming that 2,4-D kills the plant through actin degradation and subsequent apoptosis of cells. To understand the functional roles of the proteins that regulate this pathway, a reverse genetic approach has been taken.
生长素类除草剂2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)被广泛应用于农田杂草的防除。然而,它如何杀死双子叶植物的分子机制仍然难以捉摸。以前,我们提供了证据表明2,4-D降解细胞骨架机制并通过新的生长素非依赖性途径诱导细胞凋亡(Rahman et al.,2007 ; Takahashi等人,手稿正在准备中)。这些结果证实了2,4-D的除草作用与细胞毒性紧密相关,而不是通常认为的急性生长素毒性。为了进一步阐明2,4-D的作用机制,揭示其细胞毒性的分子机制,采用了包括组学、生物信息学和反向遗传学的系统生物学方法。比较转录组分析IAA和2,4-D,确定了不同的一组基因,特异性响应于2,4-D。这些2,4-D响应基因的基因本体注释分析揭示了一组与细胞骨架组分和细胞凋亡相关的基因,证实了2,4-D通过肌动蛋白降解和随后的细胞凋亡杀死植物。为了了解调节该途径的蛋白质的功能作用,已经采取了反向遗传方法。

项目成果

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专利数量(0)
Transcytosis of PIN2 in Arabidopsis is regulated by protein phosphatase 2A and PID Kinase
拟南芥中 PIN2 的转胞吞作用受蛋白磷酸酶 2A 和 PID 激酶的调节
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rahman;A.
  • 通讯作者:
    A.
SMAP1 acts as a positive regulator for 2,4-dichlorophenoxyacetic acid mediated actin degradation and acts independent of known signaling pathway
SMAP1 作为 2,4-二氯苯氧基乙酸介导的肌动蛋白降解的正调节因子,并且独立于已知的信号通路发挥作用
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Takahashi;M.;Oono;Y.;Rahman;A
  • 通讯作者:
    A
Gravitropism of Arabidopsis thaliana roots requires the polarization of PIN2 toward the root tip in meristematic cortical cells.
拟南芥根的向地性需要 PIN2 在分生皮层细胞中向根尖极化。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rahman A;Takahashi M;Shibasaki K;Wu S;Inaba T;Tsurumi S;Baskin TI
  • 通讯作者:
    Baskin TI
Actin-auxin interaction in regulating root growth and development- Invited speaker for "Special Biology Seminar" Wake Forest University
肌动蛋白-生长素相互作用调节根系生长发育-维克森林大学“生物学专题研讨会”特邀演讲者
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rahman;A.
  • 通讯作者:
    A.
Transcytosis of PIN2 in Arabidopsis is regulated by protein phosphatase 2A and PID kinase.
拟南芥中 PIN2 的转胞吞作用受蛋白磷酸酶 2A 和 PID 激酶的调节。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rahman A;Takahashi M;Shibasaki K;Shuang W;Baskin TI
  • 通讯作者:
    Baskin TI
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