基于大规模蛋白互作位点数据的植物-病原菌相互作用计算分析

批准号:
31471249
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
张子丁
依托单位:
学科分类:
C0609.生物大数据解析
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
周源、翟亚锋、董小宝、江珍红、李宏、韩焕龙、张亢
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中文摘要
本项目以蛋白互作位点为切入点,通过对植物-病原菌种间蛋白互作开展序列、结构和网络分析,研究植物-病原菌相互作用过程。首先,我们将开发一种基于序列共进化的蛋白互作位点预测算法,并将之与基于结构建模的预测方法整合,实现对拟南芥种内蛋白互作位点和拟南芥-病原菌种间互作位点的高覆盖度预测。然后,以拟南芥-丁香假单胞杆菌为模式系统,开展基于蛋白序列和结构的统计分析,总结种间蛋白互作位点的理化基础与进化特性。最后,我们将通过整合互作组与转录组数据,构建拟南芥分别响应共生菌(白粉病菌)与腐生菌(灰霉菌)的动态网络;根据蛋白互作关系与互作位点的竞争,分别找到病原菌蛋白在宿主中的靶蛋白与靶互作,并基于动态网络扰动方法推断关键的靶蛋白与靶互作;结合功能注释与网络拓扑,对共生菌与腐生菌选择靶蛋白与靶互作的策略进行系统比较。本项目的实施将从系统层次加深对植物-病原菌相互作用机制的理解,为培育抗病作物提供新的思路。
英文摘要
In the proposed project, we will investigate the plant-pathogen interaction process via the computational analysis of protein-protein interactions (PPIs) between them. To achieve this goal, we will focus on the large-scale PPI site data and characterize the properties of such inter-species PPIs at the sequence, structure and network levels. First, we will develop a novel protein interaction site predictor based on sequence co-evolution features. This predictor will be further combined with other state-of-the-art PPI site predictors that rely on structure modeling, in order to achieve high-coverage predictions of the Arabidopsis thaliana (Arabidopsis for short) intra-species PPI sites and the inter-species PPI sites between Arabidopsis and its pathogens. Moreover, a comprehensive analysis of the sequence and structure propensities of the inter-species PPI sites between Arabidopsis and Pseudomonas syringae (a model host-pathogen system) will be performed, so that we could summarize the physicochemical and evolutionary basis of these inter-species PPIs. Finally, we will study the inter-species PPIs at the network level. Two dynamic responsive networks will be constructed by integrating the Arabidopsis interactome and the transcriptional profile in response to the biotrophic pathogen Golovinomyces orontii and the necrotrophic pathogen Botrytis cinerea, respectively. While the pathogen-targeted protein can be easily assigned according to the PPI annotations, the pathogen-targeted interaction can also be easily deduced when it competes the same PPI site with inter-species interactions. Therefore, we could find key pathogen-targeted proteins or key pathogen-targeted interactions by evaluating the effect of their perturbation on the dynamic responsive networks. We will systematically analyze the network topology and function of these key pathogen-targeted proteins/interactions, and compare the target selection strategies of the biotrophic pathogen and the necrotrophic pathogen. We hope that the proposed project can strengthen our systems understanding of plant-pathogen interaction and provide helpful hints for the rational design of novel pathogen-resistant crops.
蛋白互作组是系统层次研究植物-病原菌相互作用机理的重要切入点。本项目以拟南芥蛋白互作数据及拟南芥与病原菌蛋白互作的数据出发,采用网络分析、数据整合和机器学习等计算手段,系统地开展了植物与病原菌蛋白互作的计算研究。主要研究内容及重要结果描述如下:. 利用基于模板的蛋白-蛋白对接方法,对目前实验测定的拟南芥所有蛋白互作对进行了复合物建模及模型评估,对复合物的互作界面和互作位点等重要信息进行了深度注释和三维展示,并构建界面友好的在线数据库(AraPPISite; http://systbio.cau.edu.cn/arappisite/index.html)。. 利用集成网络分析的方法,通过梳理拟南芥蛋白质互作网络数据,两种病原菌(丁香假单胞菌和霜霉菌)和拟南芥的种间蛋白质互作数据,并结合拟南芥在免疫过程中的基因表达数据,深入开展了植物-病原菌蛋白互作网络分析。网络的拓扑特征分析发现, 被效应蛋白攻击的靶蛋白在网络中具有较高的介数中心性且倾向于成簇出现, 尤其是和相同效应蛋白互作的靶蛋白之间连接地更紧凑。研究还发现, 第一个时间点上调的拟南芥差异表达基因在网络中距离靶蛋白最近, 随着侵染时间的推移, 差异表达基因逐步远离靶蛋白。与这一结果相一致的是, 相比于对病原菌抗性增强的突变体, 易感性增强的突变体中有更多的差异表达基因在网络中位于靶蛋白的周围。. 开发了植物-病原菌蛋白质互作预测新方法。通过收集三种病原菌(丁香假单胞菌、营养型卵菌和霜霉菌)与拟南芥的物种间蛋白质互作数据,利用随机森林算法开发了一个基于蛋白质序列和拟南芥自身互作网络信息相整合的种间蛋白质互作预测服务器InterSPPI (http://systbio.cau.edu.cn/intersppi/index.php)。该预测器为实验科学家提供了一个筛选与病原菌互作的拟南芥蛋白的工具,用户通过提交病原菌和拟南芥的蛋白质序列,预测器就能反馈给用户病原菌和拟南芥蛋白质间的互作可能性。InterSPPI的最主要特色体现在蛋白序列和拟南芥蛋白网络拓扑相结合的特征编码可有效提高预测的精度。. 综述,本项目的实施将从系统层次加深对植物-病原菌相互作用机制的理解,为培育抗病作物提供新的思路。
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
MAPanalyzer: a novel online tool for analyzing microtubule-associated proteins
MAPanalyzer:一种用于分析微管相关蛋白的新型在线工具
DOI:10.1093/database/bav108
发表时间:2015-11
期刊:Database-The Journal of Biological Databases and Curation
影响因子:5.8
作者:Zhou Yuan;Yang Shiping;Zhang Ziding;Mao Tonglin;Zhang ZD
通讯作者:Zhang ZD
Critical assessment and performance improvement of plant-pathogen protein-protein interaction prediction methods
植物-病原体蛋白质-蛋白质相互作用预测方法的批判性评估和性能改进。
DOI:10.1093/bib/bbx123
发表时间:2019-01-01
期刊:BRIEFINGS IN BIOINFORMATICS
影响因子:9.5
作者:Yang,Shiping;Li,Hong;Zhang,Ziding
通讯作者:Zhang,Ziding
Network Analysis Reveals a Common Host-Pathogen Interaction Pattern in Arabidopsis Immune Responses.
网络分析揭示了拟南芥免疫反应中常见的宿主-病原体相互作用模式
DOI:10.3389/fpls.2017.00893
发表时间:2017
期刊:Frontiers in plant science
影响因子:5.6
作者:Li H;Zhou Y;Zhang Z
通讯作者:Zhang Z
An Important Role for Purifying Selection in Archaeal Genome Evolution.
纯化选择在古菌基因组进化中的重要作用
DOI:10.1128/msystems.00112-17
发表时间:2017-09
期刊:mSystems
影响因子:6.4
作者:Lyu Z;Li ZG;He F;Zhang Z
通讯作者:Zhang Z
SPAR: a random forest-based predictor for self-interacting proteins with fine-grained domain information
SPAR:基于随机森林的具有细粒度域信息的自相互作用蛋白质预测器
DOI:10.1007/s00726-016-2226-z
发表时间:2016-07-01
期刊:AMINO ACIDS
影响因子:3.5
作者:Liu, Xuhan;Yang, Shiping;Song, Jiangning
通讯作者:Song, Jiangning
深度学习赋能的人与病毒蛋白相互作用的预测和分析
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:张子丁
- 依托单位:
基于大规模RNA-Seq数据的植物胁迫响应的可变剪接规律研究
- 批准号:31970645
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:张子丁
- 依托单位:
植物免疫基因功能网络的构建与动态性分析
- 批准号:31271414
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:张子丁
- 依托单位:
基于蛋白互作网络和基因表达数据的拟南芥成花转变过程分析
- 批准号:31070259
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:33.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:张子丁
- 依托单位:
基于酶分子序列和结构信息的酶功能预测
- 批准号:30700137
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:16.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:张子丁
- 依托单位:
国内基金
海外基金
