DSE促进镉滞留在作物根系皮层的作用机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877130
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0701.环境土壤学
  • 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

Dark septate endophytes (DSE) are ubiquitiously distributed in the root cortex of crops grown in the farmland polluted by cadmium (Cd). The DSE strain isolated from the Cd polluted soils can enhance the cadmium retention in the crop roots, which is considered to be the key mechanism of DSE enhancing Cd tolerance of crops. However, its mechanism is unknown. In this project the consortium of a Cd tolerant DSE strain with maize was cultivated in a pot under cadmium stresses with different concentrations. The research objects include: (1) To investigate the physiological and molecular mechanisms of DSE regulating the cortex material synthesis in the crop roots. The measurements included the contents, key enzymes activity related with the biosynthesis and differential gene expression in metabolic pathways of the root cortex material (lignin, suberin, cell-wall polysaccharides, and intracellular sulfhydryl compounds) using techniques such as histochemical stain, fractional centrifugation, transcriptomics, and quantitative real-time PCR. (2) To clarify the effect of DSE on enhancing the Cd retention in the root cortex included Cd deposition in the root cortex, adsorption by cell wall and intracellular complexation. The measurements included the micro-distribution and chemical forms of Cd in the outer cortex, functional groups of the cell wall polysaccharides and the adsorption of Cd, intracellular chelation forms of Cd binding to the sulfhydryl compounds using methods included sequential chemical extraction, transmission electron microscopy - X ray energy spectrum (TEM-EDS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), size exclusion chromatography – high performance liquid chromatography – inductively coupled plasma mass spectrometry (SEC-HPLC-ICP-MS). (3) To expound the mechanism of DSE regulating the substances biosynthesis in the root cortex, and then enhancing the Cd retention in the root cortex of crops, by comprehensively analyzing the relationship between the DSE colonization, substances in the root cortex and the Cd retention in roots. Finally, the study results will provide a new understanding of the physiological and ecological function of root endophytes, and enrich the theory of the relationship between root endophytes and Cd tolerance in crops.
深色有隔内生真菌(DSE)广泛定殖在镉污染农田作物的根系皮层,促进镉滞留在作物根部,但机理尚不清楚。项目拟在不同浓度镉胁迫下,构建DSE与玉米的联合体,采用组织化学染色、分级离心、转录组学、qRT-PCR技术,分析根系皮层物质(木质素、木栓质、细胞壁多糖、细胞内巯基化合物)含量、合成酶活性与合成通路差异基因表达,探讨DSE调节根系皮层物质合成的生理与分子机理。采用逐步提取、TEM-EDS、FTIR、SEC-HPLC-ICP-MS技术,分析镉在根系皮层质外体的微区分布与化学形态、细胞壁多糖官能团与镉吸附、细胞内巯基-镉的络合形态,解析DSE促进镉在根系皮层质外体沉积、细胞壁吸附和细胞内络合的滞留效应。综合分析“DSE—根系皮层物质—镉滞留”间的关系,阐释DSE调节根系皮层物质合成、促进镉滞留在作物根系皮层的作用机理。为植物根部内生菌的生理生态提供新认识,丰富根部内生菌与植物镉耐性关系的理论。

结项摘要

深色有隔内生真菌(DSE)广泛定殖在镉污染农田作物的根系皮层,促进镉滞留在作物根部,但机理尚不清楚。项目拟在不同浓度镉胁迫下,构建DSE与玉米的联合体,采用组织化学染色、分级离心、转录组学、qRT-PCR技术,分析根系皮层物质(木质素、木栓质、细胞壁多糖、细胞内巯基化合物)含量、合成酶活性与合成通路差异基因表达,探讨DSE调节根系皮层物质合成的生理与分子机理。采用逐步提取、TEM-EDS、FTIR等技术,分析镉在根系皮层质外体的微区分布与化学形态、细胞壁多糖官能团与镉吸附、细胞内巯基-镉的络合形态,解析DSE促进镉在根系皮层质外体沉积、细胞壁吸附和细胞内络合的滞留效应。.结果表明:(1)镉胁迫下,接种DSE会增加玉米植株生物量和株高,降低玉米地上部镉含量,增加玉米根系PME活性,降低果胶甲基酯化度;导致MYB DNA-结合域超家族蛋白基因表达量、热激蛋白1基因表达量、纤维素合酶基因表达量和内切葡聚糖酶基因表达量基因表达增加;此外,细胞壁中的果胶和半纤维素等组分、羟基、氨基和酯基等官能团,在玉米根细胞壁吸附镉中起着重要作用。(2)DSE会调控玉米根系内源激素含量,改善玉米GSH代谢与矿质营养,降低地上部镉含量,提高植株的镉耐性;IAA与GA在DSE增强植物镉耐性中起着重要的调节作用。(3)DSE会增加根系皮层质外体屏障结构关键合成酶活性、编码基因表达与主要化学组分含量,促进根系皮层质外体屏障结构的形成,将镉沉积在根系皮层上,改变根系皮层镉化学形态,从而提高植物镉耐性。.总之,“DSE—根系皮层物质—镉滞留”间存在内在联系,DSE通过调节根系皮层物质合成,起着促进镉滞留在作物根系皮层的生态作用。为植物根部内生菌的生理生态提供新认识,丰富根部内生菌与植物镉耐性关系的理论。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(3)
玉米根系、根鞘性状与镉吸收的品种差异研究
  • DOI:
    10.11654/jaes.2020-0733
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于子昊;李胜宝;赵晓玲;李明锐;李博;何永美;陈建军;湛方栋
  • 通讯作者:
    湛方栋
Pollution and Health Risk Assessment of Heavy Metals in Farmlands and Vegetables Surrounding a Lead-Zinc Mine in Yunnan Province, China
云南某铅锌矿周边农田及蔬菜重金属污染及健康风险评价
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021-08-11
  • 期刊:
    SOIL & SEDIMENT CONTAMINATION
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Lai, Li;Li, Bo;Zhan, Fang-dong
  • 通讯作者:
    Zhan, Fang-dong
Effects of Auxin at Different Concentrations on the Growth, Root Morphology and Cadmium Uptake of Maize (Zea mays L.)
不同浓度生长素对玉米生长、根系形态及镉吸收的影响
  • DOI:
    10.32604/phyton.2022.020041
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Phyton
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hu Lingyan;Chen Haiyan;Zhang Guangqun;Yu Zihao;Yan Kai;Zhan Fangdong;He Yongmei
  • 通讯作者:
    He Yongmei
镉对一株深色有隔内生真菌生长、矿质营养与草酸分泌的影响
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.220110
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王康杨;吴炯;何永美;湛方栋;李涛;赵之伟
  • 通讯作者:
    赵之伟
一株深色有隔内生真菌的Cd吸附特征研究
  • DOI:
    10.12101/j.issn.1004-390x(n).202201041
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    云南农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨仁媛;梁新然;李祖然;湛方栋;李涛;赵之伟
  • 通讯作者:
    赵之伟

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    湛方栋;何永美;祖艳群;李涛;赵之伟
  • 通讯作者:
    赵之伟
三种植物对铅锌尾矿土壤Pb、Zn和Cd的吸收特性
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  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
    许毅涛;方其仙;王吉秀;李明锐;湛方栋;杨枭
  • 通讯作者:
    杨枭

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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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