鼠耳芥ARGONAUTE2/5基因在植物锌/镉耐受性和超富集中的作用机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31500216
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    许长征
  • 依托单位：
    西南大学
  • 学科分类：
    C0205.植物与环境互作
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Arabidopsis halleri, a close species of Arabidopsis thaliana, is a typical hyperaccumulator with strong tolerance and accumulation of Zn/Cd. ARGONAUTE2/5 function as a component of RNA-induced silencing complex (RISC) in A. halleri. Our transcriptome results revealed that AGO2/5 display significantly higher transcript abundance in A. halleri than their homologs in A. thaliana. More importantly, the A. thaliana cells overexpressing ARGONAUTE 2（AGO2）and AGO5 of A. halleri displayed significantly enhanced Zn/Cd tolerance and accumulation. The role and regulatory mechanisms of AGO-miRNA modules in Zn/Cd resistance and hyperaccumulation are currently unclear. Based on this, this study aims to demonstrate function and regulation of AGO2/5 in Zn/Cd tolerance and hyperaccumulation. 1) Gene expression patterns and subcellular localization firstly will be investigated. Phenotypic analysis will be performed using AGO2/5 RNAi and overexpressing lines to validate their roles in Zn/Cd tolerance and accumulation. 2) miRNA and transcript profiling using AGO2/5 RNAi and overexpressing lines as well as pull-down of AGO2/5-miRNA complex will reveal AGO2/5-mediated miRNA pathways that participate in regulatory network of Zn/Cd tolerance and accumulation in A. halleri. The results will benefit for dissecting regulatory mechanisms of heavy metal adaptions in plants and provide basic information for improving the performance of plants in heavy meal excessive environment.
拟南芥近缘种鼠耳芥是典型的超富集植物，具有极强的锌/镉耐受性和累积能力。鼠耳芥ARGONAUTE2/5（AGO2/5）蛋白是RNA沉默复合体的重要成员。转录组分析显示鼠耳芥AGO2/5表达水平分别远高于拟南芥，在拟南芥中过表达AGO2/5显著提高了其细胞的锌/镉耐受和累积能力。目前有关AGO蛋白-miRNA模块在植物锌/镉耐受性和超富集中的作用及调控机制不清楚。基于此，本研究拟在鼠耳芥中研究AGO2/5在植物锌/镉耐受性和超富集中的作用机制，包括1）分析AGO2/5组织表达模式及亚细胞定位，利用RNAi和过表达系确定AGO2/5对锌/镉耐受和累积的作用；2）利用RNAi和过表达系开展小RNA表达谱和转录组分析，并结合免疫沉淀结果，分析AGO2/5及其介导的miRNA参与调控锌/镉耐受和累积的作用网络。上述结果将促进植物重金属适应性调控机制的解析，为改良植物重金属环境适应能力提供理论依据。

结项摘要

与其近缘种拟南芥相比，鼠耳芥具有很强的Zn/Cd耐受和富集能力，因此成为研究植物重金属耐受和累积调控机制的良好材料。本研究首先对Zn/Cd胁迫下鼠耳芥和拟南芥植株做了比较转录组分析，发现AGONAUTE2 (AGO2)和AGO5两个同源基因在鼠耳芥中的表达水平均显著高于拟南芥。qPCR实验进一步确认了AGO2/5基因在两个物种间的表达水平差异。克隆得到AGO2/5基因的编码区全长序列，发现其编码的蛋白均具有完整的PAZ，MID和PiWi结构域，属于典型的AGO蛋白家族成员。qPCR和启动子报告株系均表明AGO2在地上部分高表达，而AGO5特异性地高表达在根组织中。亚细胞定位实验表明AGO2/5蛋白在细胞核和细胞质均有分布。过表达转基因拟南芥的表型分析发现，AGO2能够显著大幅减缓Zn/Cd胁迫下地上部分生长抑制状况，增强了植株耐受性。原生质体和重金属含量测定实验表明AGO2增强了细胞对Zn/Cd的耐受性，而并未改变植株内的Zn/Cd含量。AGO5过表达导致转基因植株地上部分重金属耐受性明显减弱，却增强了根组织的Zn/Cd耐受性。进一步的实验结果表明，AGO5促进了植株体内Zn/Cd离子由根向地上部分的转运，而并未改变植物细胞对重金属的耐受性。用Pull-down结合小RNA测序的方法，鉴定16个和13个分别能够与AGO2和AGO5直接结合的小RNA，并通过AGO2/5转基因植株的比较转录组测序构建了AGO2/5对下游基因表达的调控网络。本研究的结果明确了AGO2/5蛋白在耐受和累积Zn/Cd过程中的作用，初步搞清了AGO蛋白通过介导miRNA参与植物重金属适应性的作用方式，为阐明植物重金属抗性和累积调控机制提供了证据，也为植物重金属环境适应性遗传改良提供了候选基因资源。

项目成果

期刊论文数量（3）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
不同重金属对拟南芥根系特征的影响比较
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    应用与环境生物学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈杰;许长征;曹颖倩;李菁;罗锋;雷波
  • 通讯作者：
    雷波
The MicroRNA390/TRANS-ACTING SHORT INTERFERING RNA3 Module Mediates Lateral Root Growth under Salt Stress via the Auxin Pathway
MicroRNA390/反式短干扰RNA3模块通过生长素途径介导盐胁迫下侧根生长
  • DOI：
    10.1104/pp.17.01559
  • 发表时间：
    2018-06-01
  • 期刊：
    PLANT PHYSIOLOGY
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    He, Fu;Xu, Changzheng;Luo, Keming
  • 通讯作者：
    Luo, Keming

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其他文献

砷在植物体内的吸收和代谢机制研究进展
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  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    植物学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    汪京超;李楠楠;谢德体;许长征;罗锋
  • 通讯作者：
    罗锋
基于径向基神经网络的叶轮轴面投影图优化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    农业机械学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    王文杰;裴吉;袁寿其;张金凤;许长征;张帆
  • 通讯作者：
    张帆
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  • DOI：
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    --
  • 期刊：
    农业机械学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    王文杰;裴吉;袁寿其;张金凤;许长征;张帆
  • 通讯作者：
    张帆

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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]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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