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盐胁迫下黄瓜TGase调节光化学效率的作用机制研究
结题报告
批准号:
31672199
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
郭世荣
依托单位:
学科分类:
C1508.茶学
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
束胜、袁颖辉、吴芯夷、钟珉、汤园园、吴建强
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中文摘要
转谷氨酰胺酶(简称TGase)广泛存在于植物体各个组织内,在调节植物生长发育、蛋白质交联、光合作用以及响应非生物胁迫过程中起重要作用。然而,TGase调节光化学效率的作用及其响应耐盐性机制仍不清楚。项目以设施主要栽培作物黄瓜为材料,采用营养液栽培,研究盐胁迫对耐盐和盐敏感黄瓜品种叶片TGase活性、分布、蛋白翻译和转录水平的影响;利用蓝绿温和胶电泳、质谱鉴定、酵母双杂等分子生物学技术,解析盐胁迫下与TGase互作的光合膜蛋白及其互作调控路径;通过构建黄瓜TGase基因正义和反义载体,转化黄瓜获得超表达和抑制表达的转TGase基因黄瓜株系,研究盐胁迫下转TGase基因黄瓜植株光合器官结构和性能、类囊膜光能分配以及内源多胺的变化,阐明TGase在调节盐胁迫下黄瓜光化学效率的分子作用机制。研究结果既能丰富植物逆境光合生理理论,也能对设施作物抗逆促长栽培和和耐性品种选育提供理论支撑。
英文摘要
Transglutaminases (TGase) are widely distributed enzyme in plants, play important roles in the regulation of plant growth and development, protein cross-linking, photosynthesis, and response to abiotic stresses. However, the roles of TGase in photochemical efficiency and their response mechanism to salt stress are not fully understood yet. In the present study, cucumber (Cucumis sativus L.) seedlings cultured in Hoagland nutrient solution were used as materials. The activity, protein expression, gene expression, and distribution of TGase were analyzed in salt-sensitive and salt-tolerant cucumber seedlings exposed to salt stress. Blue native polyacrylamide gel electrophoresis and yeast two-hybrid system were conducted to explore the photosynthetic membrane proteins interacted with TGase as well as their regulatory network. Furthermore, sense and anti-sense expressing vectors were constructed and transformed to obtain TGase over-expressing and suppressing transgenic cucumber plants. And then the structure and performance of photosynthetic apparatus, thylakoid membrane energy distribution, and changes of endogenous polyamines levels were examined to clarify the molecular mechanism of TGase in regulating the photochemical efficiency of cucumber under salt stress. These results would enrich plant photosynthetic physiology theory in adverse environmental conditions. Meanwhile, it would provide theoretical support and practical guidance for promoting growth of protected cultivation crops and breeding salt tolerant varieties.
转谷氨酰胺酶(TGase)广泛存在于植物体各个组织内,在调节植物生长发育、蛋白 质交联、光合作用以及响应非生物胁迫过程中起重要作用。然而,TGase调节光化学效率的作用及其响应耐盐性机制仍不清楚。本项目以黄瓜为试验材料,研究盐胁迫对耐盐和盐敏感黄瓜品种叶片TGase活性、分布、蛋白翻译和转录水平的影响;利用蓝绿温和胶电泳、质谱鉴定等分子生物学技术,解析盐胁迫下不同耐盐性品种中类囊体膜差异表达蛋白;利用酵母双杂交等技术筛选TGase互作蛋白并解析互作调控路径;构建烟草转黄瓜TGase过表达株系,研究盐胁迫下转TGase基因植株光合器官结构和性能、类囊膜光能分配及内源多胺(PAs)的变化,阐明TGase在调节盐胁迫下光化学效率的分子作用机制。.通过4年试验研究,顺利完成项目计划书的各项研究任务和目标,主要研究结论如下:(1)盐胁迫显著诱导黄瓜叶片TGase表达,提高其活性,TGase主要定位于类囊体膜上。(2)鉴定到不同耐盐性品种差异表达的类囊体膜蛋白,并利用酵母双杂交等技术证明黄瓜TGase与RAD23蛋白互作。(3)盐胁迫下,TGase过表达植株显著增加了PA含量,降低Na+含量和Na+/K+,提高质子泵ATP酶、液泡H+-ATP酶、液泡H+-焦磷酸酶和抗氧化酶活性,表明TGase通过调节盐胁迫下的PA代谢和Na+/K+平衡,提高植株耐盐性。(4)TGase过表达植株能有效地缓解盐胁迫诱导的光抑制、提高叶绿体PA水平、D1和D2蛋白含量;TGase还诱导光合作用相关基因的表达和类囊体的重组,表明TGase能够调节PA含量保护类囊体蛋白,提高植株耐盐性。研究结果既能丰富植物逆境光合生理理论,也能对设施作物抗逆促长栽培和和耐性品种选育提供理论支撑。.研究结果共发表标注项目资助的SCI论文18篇,培养研究生5名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Ectopic expression of CsTGase enhances salt tolerance by regulating polyamine biosynthesis, antioxidant activities and Na+/K+ homeostasis in transgenic tobacco
CsTGase 的异位表达通过调节转基因烟草中的多胺生物合成、抗氧化活性和 Na /K 稳态来增强耐盐性
DOI:10.1016/j.plantsci.2020.110492
发表时间:2020
期刊:Plant Science
影响因子:5.2
作者:Zhong Min;Wang Yu;Shu Sheng;Sun Jin;Guo Shirong
通讯作者:Guo Shirong
DOI:10.1016/j.plaphy.2020.02.027
发表时间:2020-05-01
期刊:PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY
影响因子:6.5
作者:Hou, Kun;Wang, Yu;Guo, Shi-Rong
通讯作者:Guo, Shi-Rong
DOI:10.1007/s11120-019-00631-y
发表时间:2019-04
期刊:Photosynthesis Research
影响因子:3.7
作者:Wu Xinyi;Shu Sheng;Wang Yu;Yuan Ruonan;Guo Shirong
通讯作者:Guo Shirong
TGase positively regulates photosynthesis via activation of Calvin cycle enzymes in tomato
TGase 通过激活番茄卡尔文循环酶积极调节光合作用
DOI:10.1038/s41438-019-0173-z
发表时间:2019-08
期刊:Horticulture Research
影响因子:8.7
作者:Zhong Min;Wang Yu;Hou Kun;Shu Sheng;Sun Jin;Guo Shirong
通讯作者:Guo Shirong
TGase regulates salt stress tolerance through enhancing bound polyamines-mediated antioxidant enzymes activity in tomato
TGase 通过增强番茄中结合多胺介导的抗氧化酶活性来调节盐胁迫耐受性
DOI:10.1016/j.envexpbot.2020.104191
发表时间:2020
期刊:Environmental and Experimental Botany
影响因子:5.7
作者:Zhong Min;Song Ran;Wang Yu;Shu Sheng;Sun Jin;Guo Shirong
通讯作者:Guo Shirong
miRNA介导根源信号分子调控黄瓜/南瓜嫁接苗耐寒性的分子机制研究
  • 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:
    郭世荣
  • 依托单位:
盐胁迫下黄瓜SAMs蛋白的表达定位与功能分析
  • 批准号:
    31471869
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    郭世荣
  • 依托单位:
外源腐胺调控盐胁迫下黄瓜类囊体膜蛋白适应性变化的作用机制
  • 批准号:
    31272209
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    郭世荣
  • 依托单位:
外源腐胺调控盐胁迫下黄瓜叶片类囊体膜结构与性能的作用机理研究
  • 批准号:
    31071831
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    郭世荣
  • 依托单位:
油菜素内酯增强黄瓜植株低氧耐性的根系呼吸代谢机理和蛋白质表达基础
  • 批准号:
    30871736
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    郭世荣
  • 依托单位:
钙诱导黄瓜植株低氧耐性的生理和分子生物学机制研究
  • 批准号:
    30571263
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    郭世荣
  • 依托单位:
黄瓜耐根际低氧逆境生理机制的研究
  • 批准号:
    30170645
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    郭世荣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金