拟南芥MAN3介导的镉积累和耐受的分子机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    31571250
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0602.基因表达及非编码序列调控
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Previously, we cloned Arabidopsis MAN3 gene involved in the regulation of cadmium accumulation and tolerance, which encodes an 1,4-β-mannanase. We found that MAN3 regulates the glutathione (GSH)-dependent phytochelatin (PC) synthesis pathway by coordinated activation of expression of genes involved in PC biosynthesis, which is triggered by mannose-mediated signaling, and thereby enhances Cd accumulation and tolerance in Arabidopsis. However, little is known about signaling components function in upstream and downstream of MAN3 in response to Cd stress. Recently, we found that loss function of MBL1 led to Cd sensitivity, and thereby speculated that MAN3 might trigger expression of genes involved in PC biosynthesis by interaction between mannose and MBL1 to regulate the response of plant cells to Cd stress. In addition, we have also screened a MYB transcription factor (designated as TFx) that possibly directly regulates in transcription of MAN3 gene, and found that the tfx mutants showed enhanced Cd sensitivity. In this project, we proposed to identify and analyze upstream TFx and downstream MBL1 of MAN3 in response of plants to Cd stress, and thereby uncover a TFx-MAN3-mannose-MBL1 signaling pathway and its action mechanism involved in the regulation of the response of plants to Cd stress.
前期克隆了一个编码拟南芥1,4-β-甘露聚糖内水解酶的基因MAN3,发现其通过甘露糖(mannose)介导的信号来调控谷胱甘肽(GSH)依赖的植物螯合肽(PC)合成途径上相关基因表达,从而增加植株对镉(Cd)的积累和耐受。然而, MAN3上游和下游的信号转导组分尚不清楚。最近我们发现一个mannose特异结合蛋白MBL1功能缺失突变体对Cd胁迫敏感,据此推测MAN3可能通过mannose与MBL1互作来启动GSH依赖的PC合成途径上相关基因表达,从而实现植物细胞对Cd信号的应答反应;此外,还筛选了一个可能直接调控MAN3基因转录的MYB转录因子(暂命名为TFx),该基因敲除的突变体tfx对Cd胁迫敏感。本项目拟研究植物响应Cd胁迫过程中MAN3的上游TFx和下游MBL1,阐明一条植物响应Cd胁迫的信号转导通路TFx-MAN3-mannose-MBL1,揭示其调控植物对Cd胁迫响应的机制。

结项摘要

前期研究表明,由MAN3介导的甘露糖在植物应对镉胁迫响应中扮演着重要的角色。然而,所涉及的潜在分子机制和信号传导途径尚不清楚。在本研究中,我们发现拟南芥MYB4-MAN3-Mannose-MNB1信号通路参与植物镉积累和耐受的调控。研究表明,MNB1功能缺失突变体降低了植株对Cd的积累和耐受性,而MNB1的过表达则显著增强了植株对Cd的积累和耐受。与之一致地是,无论在有无镉胁迫条件下,mnb1突变体中GSH依赖的PC合成途径相关基因如GSH1、GSH2、PCS1和PCS2的表达显著下降,而在MNB1过表达植株中得到相反的结果。这表明MNB1基因是通过GSH依赖的PC合成途径来正向调控植株对镉的积累和耐受。此外,我们发现甘露糖能够与MNB1特异性结合并且该结合依赖于MAN3介导的镉耐受。进一步分析表明,MYB4能直接激活MAN3的转录,并且MYB4基因也是通过GSH依赖的PC合成途径来正向调控植株对镉的积累和耐受。遗传分析发现,MAN3的过量表达能恢复myb4突变体对镉敏感的表型,但不能恢复mnb1突变体对镉敏感表型,然而MNB1的过量表达则能恢复myb4突变体的镉敏感表型,这些结果说明MAN3作用于MYB4下游,但作用于MNB1上游。总之,我们的研究结果证实了在拟南芥中MYB4-MAN3-Mannose-MNB1这一信号通路通过GSH依赖的PC合成途径来调控镉的积累和耐受。该研究不仅揭示了植物对重金属胁迫响应调控的新机制,而且为植物修复基因工程提供新的基因资源和技术途径。已在国际学术期刊上发表基金标注的SCI论文8篇,申请发明专利6项,相关成果获奖2项,培养研究生16人,待发表SCI论文2-3篇。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
The PSE1 gene modulates lead tolerance in Arabidopsis
PSE1 基因调节拟南芥的铅耐受性
  • DOI:
    10.1093/jxb/erw251
  • 发表时间:
    2016-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Fan, Tingting;Yang, Libo;Cao, Shuqing
  • 通讯作者:
    Cao, Shuqing
DFR1-Mediated Inhibition of Proline Degradation Pathway Regulates Drought and Freezing Tolerance in Arabidopsis
DFR1 介导的脯氨酸降解途径抑制调节拟南芥的干旱和冷冻耐受性
  • DOI:
    10.1016/j.celrep.2018.04.011
  • 发表时间:
    2018-06-26
  • 期刊:
    CELL REPORTS
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Ren, Yongbing;Miao, Min;Cao, Shuqing
  • 通讯作者:
    Cao, Shuqing
The WRKY transcription factor, WRKY13, activates PDR8 expression to positively regulate cadmium tolerance in Arabidopsis
WRKY转录因子WRKY13激活PDR8表达以正向调节拟南芥的镉耐受性
  • DOI:
    10.1111/pce.13457
  • 发表时间:
    2019-03-01
  • 期刊:
    PLANT CELL AND ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Sheng, Yibao;Yan, Xingxing;Cao, Shuqing
  • 通讯作者:
    Cao, Shuqing
CMDH4 encodes a protein that is required for lead tolerance in Arabidopsis
CMDH4 编码拟南芥耐铅所需的蛋白质
  • DOI:
    10.1007/s11104-016-3078-8
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Plant and Soil
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Yang Libo;Fan Tingting;Guan Lingxia;Ren Yongbing;Han Yi;Liu Quoqing;Liu Yongsheng;Cao Shuqing
  • 通讯作者:
    Cao Shuqing
Negative regulation of cadmium tolerance in Arabidopsis by MMDH2
MMDH2对拟南芥镉耐受性的负调控
  • DOI:
    10.1007/s11103-019-00923-w
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Plant Molecular Biology
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Xi Wu;Yangyang Han;Xiangyu Zhu;Alia Shah;Wei Wang;Yibao Sheng;Tingting Fan;Shuqing Cao
  • 通讯作者:
    Shuqing Cao

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其他文献

Characterization of an Arabidopsis cadmium-resistant mutant cdr3-1D reveals a link between heavy metal resistance as well as seed development and fowering
拟南芥耐镉突变体 cdr3-1D 的表征揭示了重金属抗性与种子发育和开花之间的联系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Planta
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    曹树青
  • 通讯作者:
    曹树青
A role for Ethylene-Insensitive 2 gene in the regulation of the ultraviolet-B response in Arabidopsis
乙烯不敏感 2 基因在拟南芥紫外线 B 响应调节中的作用
  • DOI:
    10.1007/s11738-010-0593-8
  • 发表时间:
    2011-05
  • 期刊:
    Acta Physiol Plant
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹树青
  • 通讯作者:
    曹树青
Arabidopsis desaturase 2 gene is involved in the regulation of cadmium and lead resistance
拟南芥去饱和酶2基因参与镉和铅抗性的调节
  • DOI:
    10.1007/s11104-012-1186-7
  • 发表时间:
    2012-03
  • 期刊:
    Plant and Soil
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    曹树青
  • 通讯作者:
    曹树青
一个耐受镉毒害的拟南芥突变体的筛选
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹树青;魏鹏;黄琼
  • 通讯作者:
    黄琼
MAX4 gene is involved in the regulation of low inorganic phosphate stress responses in Arabidopsis thaliana
MAX4基因参与拟南芥低无机磷胁迫反应的调控
  • DOI:
    10.1007/s11738-010-0612-9
  • 发表时间:
    2011-05
  • 期刊:
    Acta Physiol Plant
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹树青
  • 通讯作者:
    曹树青

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
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          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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