加拿大一枝黄花多倍化增强耐热性驱动生态位分化成功入侵的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870526
  • 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:
    C0313.可持续生态学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Polyploidy is believed to be one of the main driving forces of evolution for alien invasive plant. However, whether autopolyploidy is an evolutionary pathway still lacks sufficient empirical evidences. It is unknown how genome doubling caused effect by self-organization evolution plays a key role in enhancing the hot-tolerance ability for the successful invasion. It is not clarified that polyploidy enhanced invasiveness of alien plants evolves through pre-adaptation or post-introduced adaptive evolution or both joint action. Therefore, the present project will mainly focus on the above scientific issues. The native and introduced diploid, tetraploid and hexaploid Solidago canadensis populations with different dependent-ploid thermotolerance are used as materials. Polyploidy of enhanced thermotolerance accelerates the successful invasion as the starting point of this study. A comparatively systematic study is conducted on invasion biology in both native and introduced common gardens in order to elucidate the key factor of polyploidy of enhanced thermotolerance facilitating successful invasion. Related thermotolerance genes associated with systematic omics analysis reveals the key genes of increased thermotolerance. Furthermore, copies, methylation, insert site and upstream regulon of the key gene are detected and studied to illuminate molecular mechanisms of autopolyploidy of driven successful invasion. This will enrich plant invasion biology theory about the polyploidy enhancing invasiveness, and provide a theoretical basis for how to improve the thermotolerance of the crops.
多倍化是外来入侵植物演化的驱动力,但更为普遍的同源多倍化的作用仍然缺乏足够的案例证据;也不清楚基因组加倍后自组演化如何导致的耐热性效应并在增强入侵能力中扮演关键作用;其演化是预适应或后适应演化亦或两者共同作用也还存在争论。因此,本项目将围绕上述科学问题,利用原产与入侵地同源二、四、六倍体加拿大一枝黄花种群为材料,针对多倍化已经增强了其耐热能力并加速该种成功入侵的现象为切入点,在同质园条件下开展入侵生物学研究,以明确多倍化增强耐热是致拿大一枝黄花成功入侵的关键特征因子。通过耐热相关基因并结合转录组及甲基化学比较研究,揭示增强耐热性的关键基因。进一步研究耐热关键基因的拷贝数、甲基化、插入位点或上游调控因子探索多倍化引起其遗传或表观遗传变异的规律,以阐明多倍化导致其成功入侵演化的分子机制。这将丰富植物入侵生物学理论,也为如何提高作物的耐热性提供理论依据和可能利用的新遗传资源。

结项摘要

加拿大一枝黄花为我国一类管控的严重外来入侵物种,为了阐明其成功入侵机制,系统开展了加拿大一枝黄花全球尺度细胞地理学研究、生长繁殖、生理生化特征和同质园竞争性比较试验研究、转录组的信号通路及关键基因的温度分子适应性演化机制研究。揭示了加拿大一枝黄花倍性依赖的与纬度和气温负相关的细胞地理分布和气候生态位分化规律;阐明了多倍化在亚热带的东亚气候下通过增强耐热性、延迟开花以避热成功进行有性繁殖和无性繁殖的适应性演化机制,多倍体的耐热性主要是通过高温下较高浓度的活性氧清除酶获得的,进一步通过高温响应的HSF30、HSP22和HSP15.3基因的高表达和冷响应转录通路的SCE1多拷贝和甲基化协同温度平衡适应。验证了加拿大一枝黄花成功入侵中国是多倍化驱动的预适应和入侵后快速后适应演化的共同作用结果,且入侵后快速的后适应性演化可能是成功入侵的关键因素。总之,项目总体目标已经达成,明确了多倍化预适应和快速的后适应演化增强耐热性是加拿大一枝黄花成功入侵的关键因素,阐明了多倍化增强耐热性是关键基因拷贝数和甲基化协同调控的分子机制。培养研究生5名(其中3名已获得博士或硕士学位),在生态学领域顶级期刊Ecological Monographs等发表SCI论文8篇。获得省部级科技成果奖2项。

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(0)
Polyploidization-driven differentiation of freezing tolerance in Solidago canadensis
多倍化驱动的加拿大一枝黄花抗冻性分化
  • DOI:
    10.1111/pce.13745
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
    PLANT CELL AND ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Lu, Huan;Xue, Lifang;Qiang, Sheng
  • 通讯作者:
    Qiang, Sheng
Transcription-mediated tissue-specific lignification of vascular bundle causes trade-offs between growth and defence capacity during invasion of Solidago canadensis
转录介导的维管束组织特异性木质化导致加拿大一枝黄花入侵期间生长和防御能力之间的权衡
  • DOI:
    10.1016/j.plantsci.2020.110638
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    PLANT SCIENCE
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhang Yu;Xu Lingjun;Chen Shiguo;Qiang Sheng
  • 通讯作者:
    Qiang Sheng
Polyploidization‐enhanced effective clonal reproduction endows the successful invasion of Solidago canadensis
多倍化——增强的有效克隆繁殖使加拿大一枝黄花成功入侵
  • DOI:
    10.1002/eap.2738
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Ecological Applications
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Dongyan Feng;Jiliang Cheng;Xianghong Yang;Zhongsai Tian;Yujing Liu;Yu Zhang;Sheng Qiang
  • 通讯作者:
    Sheng Qiang
Polyploidization contributes to evolution of competitive ability: a long term common garden study on the invasive Solidago canadensis in China
多倍化有助于竞争能力的进化:对中国入侵加拿大一枝黄花的长期共同花园研究
  • DOI:
    10.1111/oik.07095
  • 发表时间:
    2020-02-14
  • 期刊:
    OIKOS
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Cheng, Jiliang;Yang, Xianghong;Qiang, Sheng
  • 通讯作者:
    Qiang, Sheng
Long-Distance Wind Dispersal Drives Population Range Expansion of Solidago canadensis.
远距离风传播导致加拿大一枝黄花种群范围扩大
  • DOI:
    10.3390/plants11202734
  • 发表时间:
    2022-10-16
  • 期刊:
    Plants (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Z;Wen G;Bu D;Sun G;Qiang S
  • 通讯作者:
    Qiang S

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AI项目解读示例

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

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          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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