拟南芥MAPK级联信号系统调控植物响应低磷的机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    31470351
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    95.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0205.植物与环境互作
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Phosphorus is an essential macronutrient for plant growth, development, and reproduction. Despite the abundance of phosphorus in soil, very little of it is available as phosphate (Pi) for plants. Therefore, plants grown in soil often experience low Pi (LP) stress. Pi starvation is one of the most severe stresses that affect the yield of crops. To deal with the limited availability of Pi, plants have evolved a variety of adaptive strategies. Understanding these strategies will facilitate us to breed crops with improved ability to acquire and utilize Pi. Over the past decades, many downstream components and a few secondary signaling moleculars in plant LP responses networks have been identified and extensively studied. However, we currently have limited information on the Pi receptor (or sensor) that plant sense the external Pi and signal cascade that plant accept and transduce the signal from receptor (or sensor). Our prelimilary data show that, MKK9-MPK3/MPK6 mediated MAPK cascade is one of this kind of signal cascades. The transcription of a series of Pi-responsive genes, the uptake and accumulation of Pi are regulated by the MAPK cascade. WRKY75 is genetically downstream of MKK9-MPK3/MPK6 during the regulation of Pi responses. Since WRKY75 is not the substrate of MAPK but transcription of WRKY75 can be induced by MKK9-MPK3/MPK6, we propose that MKK9-MPK3/MPK6 may phosphorylate an unrevealed transcription factor TFx, subsequently promote the transcription of WRKY75, and thereby regulate Pi responses. In this project, we proposed to identify and analyze the upstream MKKKx and downstream substrate TFx. Study on the mechanism of MKKKx-MPK9-MPK3/MPK6 and TFx in regulating the plant Pi responses will improve our knowledge on the signaling pathway of the plant Pi responses.
磷是植物必需的大量营养元素之一,对植物的生长、发育及繁殖起着重要作用。土壤中可被植物直接吸收的磷的含量很低,严重威胁农作物生产。植物在长期适应过程中进化产生了响应低磷胁迫的机制。研究植物对低磷响应的机制将为培育可高效吸收及利用磷的作物提供重要的理论基础。多年来,研究者揭示了植物低磷响应的大量下游组分和一些次级响应信号,但该研究领域中,有关磷受体(或感受器)、接受受体来源信号的信号转导系统的研究很缺乏。项目组前期的研究结果发现:MKK9-MPK3/MPK6参与的MAPK级联信号系统调控多种磷响应基因的转录、植株对磷的吸收和积累;该级联信号系统对低磷响应的调控可能是通过磷酸化转录因子TFx来调控WRKY75的表达,进而调控下游响应基因。本项目拟研究植物低磷响应过程中MKK9-MPK3/MPK6的上游MKKKx和下游TFx,阐明一条接受受体来源信号的信号转导系统,揭示其调控植物对低磷响应的机制

结项摘要

磷是植物必需的大量营养元素之一,对植物的生长、发育及繁殖起着重要作用。土壤中可被植物直接吸收的磷的含量很低,严重威胁农作物生产。植物在长期适应过程中进化产生了响应低磷胁迫的机制。研究植物对低磷响应的机制将为培育可高效吸收及利用磷的作物提供重要的理论基础。多年来,研究者揭示了植物低磷响应的大量下游组分和一些次级响应信号,但该研究领域中,有关磷受体(或感受器)、接受受体来源信号的信号转导系统的研究很缺乏。项目组前期的研究结果发现:MKK9-MPK3/MPK6 参与的MAPK 级联信号系统调控多种磷响应基因的转录、植株对磷的吸收和积累;该级联信号系统对低磷响应的调控可能是通过磷酸化特定转录因子来调控WRKY75 的表达,进而调控下游响应基因。项目通过酵母互作方法,从拟南芥中的MKKK基因中筛选到MKKK15、RAF22和ZIK4能与MKK9互作。利用Pull down、Co-IP和磷酸化方法证明,RAF22和ZIK4能与MKK9在体外和体内互作并磷酸化MKK9。但突变体和互补植株磷含量及吸收测定证明,ZIK4是磷响应中MKK9的上游MKKK。利用WRKY75启动子删除及酵母双杂交的筛选,得到MYC3和MYC4可能是ZIK4-MKK9-MPK3/MPK6磷酸化底物,磷酸化后转录因子结合启动子的能力增强;对这两个基因的突变体及过表达模拟植株中的磷含量、磷吸收及下游磷响应基因的分析,证明MYC3和MYC4确实是该级联调控WRKY75基因响应磷表达的转录因子。根据项目的研究结果,我们提出MAPK级联介导的磷响应模型:该MAPK级联可以被磷信号激活,进而磷酸化两个MYC增强对WRKY75启动子的结合,增加WRKY75的表达,提高植株磷吸收能和植株磷含量。项目研究的完成对全面理解磷响应的信号转导机制提供了新的理论依据。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Protein Kinases in Shaping Plant Architecture
蛋白激酶在塑造植物结构中的作用
  • DOI:
    10.2174/1389203718666170209151651
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Current Protein & Peptide Science
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Wu Juan;Wang Bo;Xin Xiaoyun;Ren Dongtao
  • 通讯作者:
    Ren Dongtao
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    PLANT CELL AND ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Xia, Keke;Wang, Bo;Ren, Dongtao
  • 通讯作者:
    Ren, Dongtao
RAF-like MAPKKKs RAF22 and RAF28 are required for the regulation of embryogenesis in Arabidopsis
RAF 样 MAPKKKs RAF22 和 RAF28 是拟南芥胚胎发生调控所必需的
  • DOI:
    10.1111/tpj.14063
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    The Plant Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Bo;Liu Guting;Zhang Jing;Li Yuan;Yang Hailian;Ren Dongtao
  • 通讯作者:
    Ren Dongtao
Arabidopsis MKK10-MPK6 mediates red-light-regulated opening of seedling cotyledons through phosphorylation of PIF3.
拟南芥 MKK10-MPK6 通过 PIF3 磷酸化介导红光调节幼苗子叶的打开
  • DOI:
    10.1093/jxb/erx418
  • 发表时间:
    2018-01-23
  • 期刊:
    Journal of experimental botany
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Xin X;Chen W;Wang B;Zhu F;Li Y;Yang H;Li J;Ren D
  • 通讯作者:
    Ren D
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016-05-10
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wang B;Qin X;Wu J;Deng H;Li Y;Yang H;Chen Z;Liu G;Ren D
  • 通讯作者:
    Ren D

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  • 通讯作者:
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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?
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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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