植物多个基因家族参与调控丛枝菌根共生的分子机制及其演化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870203
  • 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:
    C0202.植物系统发生与进化
  • 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

Arbuscular mycorrhiza (AM) is a widespread symbiosis occurred in over 80% of land plants. This relationship with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) could assist plants in the assimilation of water and nutrients from the soil, which have likely played a key role in facilitating the earliest colonization of land by plants. Establishment of an efficient AM symbiosis not only relies on a set of highly conserved 'symbiosis upstream genes' that are responsible for the perception and transduction of AMF signals, but also requires plants to efficiently orchestrate hundreds of ‘symbiosis downstream genes’, which regulate the plant roots and AMF gradually entering into a mature symbiotic relationship for nutrient exchange. Currently, it is still poorly understood how plants are able to repress their defense responses elicited by fungal chitin, what the major components of symbiotic structures are and how plant can deliver the required materials to the surroundings of invaded fungal hyphae in an accurate manner. To unravel the molecular mechanisms behind these processes, we choose two representative species of angiosperm clades, Oryza sativa (rice) for monocots and Solanum lycopersicum (tomato) for dicots, to conduct high-throughput transcriptome sequencing, and the detected AM-responsive genes would be classified into various gene families according to their functions. Among gene families that likely involved in defense (including NBS-LRR and MLO gene families), cell wall degrading and synthesis (such as Subtilase and CESL families), and exocytosis/material delivery (such as Exo70, SYP13, VAMP72 and Vapyrin gene families), the conserved gene members that are highly upregulated or downregulated during AM symbiosis would be subjected to a collective of molecular experiments including quantitative-PCR, transgenic overexpression, Crispr gene-editing, GUS-staining, co-immunoprecipitation and bimolecular fluorescence complementation (BiFc), to fully explore their specific roles in regulating the development of AM symbiosis.
超过80%的陆地植物都能与丛枝真菌形成共生——丛枝菌根(AM)。这种共生关系的建立不仅依赖一套保守的共生上游基因发挥稳定的信号识别与传递作用,更需要植物精密地调控数目众多的共生下游基因,逐步引导真菌形成成熟的共生体。那么在此过程中,植物是如何抑制自身针对真菌的免疫反应的呢?共生结构的形成主要有哪些物质参与?这些物质又是怎样被植物精准地运输到共生界面的?为了有效回答这些问题,本项目立足于前期针对被子植物不同演化分支的两个代表性物种(单子叶植物水稻和双子叶植物番茄)的高通量转录组测序结果,优先选取与防御反应、细胞壁降解/合成、以及物质精准运输等功能密切相关的八个基因家族展开细致的基因家族演化分析,从中筛选在演化上呈现共生保守模式、且受到丛枝菌根共生强烈诱导或抑制的家族成员,通过基因敲除、转基因互补、组织定位、蛋白互作等一系列实验,全面探究这些基因家族成员参与调控丛枝菌根共生的分子机制。

结项摘要

丛枝菌根是植物与真菌之间形成的一类非常重要的营养共生关系,但长期以来,研究人员对共生过程中防御抑制、细胞壁改变、共生结构发育、以及物质精准运输等方面的研究尚有许多空白。本项目立足于转录组测序数据与严谨的基因家族演化分析,针对水稻中受共生诱导、且符合‘共生演化模式’的多个基因家族共35个基因成员展开了全方位的功能研究。其结果有效揭示了CBP与LysMe等基因在抑制植物防御反应、CslH3在改变细胞壁合成模式、ADK1与GH3.2在丛枝结构发育、以及AMP、RAM2、FatM、SYP13s、VPY、Exo70I、LINL等基因在营养物质合成及囊泡运输等方面共同调控丛枝菌根形成的分子机制。本项目做出的一系列发现有助于理解并总结相关基因家族成员在不同植物中维持或改变菌根调控功能的规律,对后续合理利用菌根基因资源、推进绿色低碳可持续发展的现代农业具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
OsADK1, a novel kinase regulating arbuscular mycorrhizal symbiosis in rice
OsADK1,一种调节水稻丛枝菌根共生的新型激酶
  • DOI:
    10.1111/nph.17979
  • 发表时间:
    2022-02-08
  • 期刊:
    NEW PHYTOLOGIST
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    Guo, Rui;Wu, Ya-Nan;Wang, Bin
  • 通讯作者:
    Wang, Bin
Dual Roles of OsGH3.2 in Modulating Rice Root Morphology and Affecting Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis.
OsGH3.2在调节水稻根部形态和影响丛枝菌根共生中的双重作用
  • DOI:
    10.3389/fpls.2022.853435
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
The Rice Qa-SNAREs in SYP13 Subfamily Are Involved in Regulating Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis and Seed Fertility.
SYP13亚科中的水稻Qa-SNARE参与调节丛枝菌根共生和种子肥力
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
A bean common mosaic virus-resistance gene in the soybean variant V94-5152 was mapped to the Rsv4 locus conferring resistance to soybean mosaic virus
大豆变异体 V94-5152 中的一个豆类普通花叶病毒抗性基因被定位到赋予对大豆花叶病毒抗性的 Rsv4 位点
  • DOI:
    10.1007/s00122-021-03829-8
  • 发表时间:
    2021-05-16
  • 期刊:
    THEORETICAL AND APPLIED GENETICS
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Liu, Xue-Ting;Wu, Xiao-Yi;Wang, Bin
  • 通讯作者:
    Wang, Bin
OsRAM2 Function in Lipid Biosynthesis Is Required for Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis in Rice
OsRAM2 在脂质生物合成中的功能是水稻丛枝菌根共生所必需的
  • DOI:
    10.1094/mpmi-04-21-0097-r
  • 发表时间:
    2022-03-01
  • 期刊:
    MOLECULAR PLANT-MICROBE INTERACTIONS
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Liu, Ying-Na;Liu, Cheng-Chen;Wang, Bin
  • 通讯作者:
    Wang, Bin

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    2015
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  • 通讯作者:
    季明亮

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王斌的其他基金

水稻胞内激酶OsADK1调控丛枝菌根共生与磷饥饿响应通路的分子机制
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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。
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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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          F --> G[IFN-β表达水平测定]
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          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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