拟南芥LPR2基因调控植物响应氟胁迫的分子机制

批准号:
31801024
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
杨瑛
依托单位:
学科分类:
C0602.基因表达及非编码序列调控
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵静、杨春、石梦云、付欢欢
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中文摘要
高浓度的氟毒害植物细胞,影响植物正常生长。为研究氟毒害植物的机理,我们以NaF为筛选试剂,从拟南芥EMS诱变库中筛选出4株耐氟突变体(ftol1-4)。遗传分析显示所筛4株突变体为等位基因隐性突变的突变体。利用图位克隆、高通量测序及回补试验,证明突变基因为LPR2,该基因编码一种多铜氧化酶。初步实验表明,高浓度Fe2+可以显著提高该突变体对氟的耐受性,推测LPR2可能将根系细胞中Fe2+氧化成Fe3+,而氟促进了该酶的活性,加剧了细胞内Fe3+毒害效应和氧化应激反应。因此,LPR2突变减缓了由氟诱导的铁毒害。本项目拟在此基础上进一步围绕上述工作假说开展相关研究,阐明LPR2基因在调控植物响应氟胁迫中的作用机制。该研究不仅有助于揭示高浓度氟对植物细胞的毒害的新机制,而且为农作物耐氟分子育种提供理论依据和技术支持。
英文摘要
High concentration of fluoride (F-) is toxic to plant cells, therefore inhibiting plant growth and development. In order to study the mechanisms of fluoride toxicity in plants, we obtained four F- tolerant mutants (ftol1-4) in an ethyl methane sulfonate (EMS) mutagenized population of Arabidopsis thaliana. Genetic analysis shows the mutations were recessive and allelic to each other. Map-based cloning and high throughput sequencing showed FTOL encodes a multicopper oxidase that is identical to LPR2. Preliminary studies showed ftol1 mutant grown under high concentration of Fe2+ were more tolerant to F- stress. We postulate LPR2 might catalyze the oxidation of Fe2+ to Fe3+ whereas F- aggravates this reaction with unknown mechanism, leading to Fe3+ toxicity and oxidative stress, and possibly mutations at LPR2 locus may alleviate Fe3+ toxicity induced by F-. Here, we plan to employ cutting-edge approaches to elucidate the molecular mechanism of LPR2/ FTOL in regulating plant response to F- stress. We believe the research would provide an important scientific basis for our understanding of new mechanism of F- toxicity in higher plants, and exploit novel strategies in crop molecular breeding to enhance F- resistance.
土壤中高浓度的氟毒害植物细胞,影响植物正常生长,但毒害机制尚不清楚。我们以NaF为筛选试剂,从拟南芥EMS诱变库中筛选出4株耐氟突变体(ftol1-4)。遗传分析显示所筛4株突变体为等位基因隐性突变的突变体。利用图位克隆、高通量测序及回补试验,证明突变基因为LPR2,该基因编码一种多铜氧化酶。LPR2在叶片、叶柄基部有强烈表达,根系表达部位为侧根原基处。亚细胞定位结果表明,LPR2在细胞质中表达。培养基中铁的有效性是ftol突变体表现耐氟表型的关键因素,LPR2通过将二价铁氧化为三价铁过程来参与氟诱导的铁毒害,抑制拟南芥主根生长。LPR2突变减缓了由氟诱导的铁毒害。本项目阐明了LPR2基因在调控植物响应氟胁迫中的作用机制,揭示了高浓度氟对植物细胞毒害的新机制。
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