Combining physical modelling and experiments to study how plant structure shapes the evolution of plant viruses
结合物理模型和实验来研究植物结构如何影响植物病毒的进化
基本信息
- 批准号:2578996
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- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2021
- 资助国家:英国
- 起止时间:2021 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project will address the role of plant structure on the replication and evolution of viral plant pathogens. This is important because current research focuses on the cellular scale of virus infections and the evolution of viruses during spread between plants, but replication dynamics and evolution are expected to be most important at the scale in between - while a local infection develops to a systemic infection within the plant. Understanding virus population dynamics and concurrent evolution within a plant will help us develop strategies to prevent or delay the resistance to plant viruses bred into crops. The project will follow a combined experimental and theoretical approach and aims to uncover (i) the replication dynamics within the plant at high spatial resolution, (ii) the resulting evolutionary dynamics, and (iii) strategies to guide the virus' evolution (mainly with the aim to prevent overcoming host resistance). Experiments and theoretical work will occur in parallel, mutually benefitting each other.The model system used will be Tobacco Etch Virus (TEV) in a variety of different hosts, in particular Nicotiana benthamiana and C24 ecotype of Arabidopsis thaliana. The former is ideal for the transient expression of transgenes to modify viral passage through leaf tissue, while the latter will enable us to stably genetically modify the host and selectively express transgenes in specific tissues to influence systemic viral spread. The student will use fluorescently labelled viruses to investigate replication dynamics and estimate the amount of stochasticity. This non- destructive approach will be complemented by qPCR, Western blotting, and population sequencing to infer the dynamics of the virus and its evolution within the plant. On the theoretical side, we will build and use an integrated model for virus dynamics within the plant. The model will be individual-based at the point of infection to account for the inherent stochasticity. At this scale, infection of individual plant cells will be considered. At the scale of the whole plant, we will model flows and associated virus transport using advection-reaction-diffusion equations.
该项目将探讨植物结构在病毒植物病原体复制和进化中的作用。这一点很重要,因为目前的研究重点是病毒感染的细胞规模和病毒在植物之间传播过程中的进化,但复制动力学和进化预计在两者之间的规模上最重要--而局部感染发展为植物内的系统感染。了解病毒种群动态和植物内的并行进化将有助于我们制定策略,以防止或延缓对作物中培育的植物病毒的抗性。该项目将采用实验和理论相结合的方法,旨在揭示(I)在高空间分辨率下植物内部的复制动力学,(Ii)由此产生的进化动力学,以及(Iii)指导病毒进化的策略(主要目的是防止克服寄主抗性)。实验和理论工作将并行进行,互惠互利。所使用的模型系统将是烟草蚀刻病毒(TEV)在各种不同寄主,特别是本氏烟草和C24生态型拟南芥中的寄主。前者用于转基因的瞬时表达以改变病毒通过叶片组织的途径,而后者使我们能够稳定地对宿主进行基因修饰,并在特定组织中选择性地表达转基因,以影响病毒的系统传播。学生将使用荧光标记的病毒来研究复制动力学并估计随机性的量。这种非破坏性的方法将得到qPCR、Western blotting和种群测序的补充,以推断病毒的动态及其在植物中的进化。在理论方面,我们将建立和使用植物内病毒动力学的综合模型。该模型将在感染点以个体为基础,以解释固有的随机性。在这个尺度上,单个植物细胞的感染将被考虑在内。在整个工厂的规模上,我们将使用平流-反应-扩散方程来模拟流动和相关的病毒传输。
项目成果
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