盐胁迫下黄瓜TGase调节光化学效率的作用机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    31672199
  • 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:
    C1508.茶学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

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(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。

结项摘要

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。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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
Characterization of the CsPNG1 gene from cucumber and its function in response to salinity stress
黄瓜 CsPNG1 基因的特征及其响应盐胁迫的功能
  • 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
Exogenous putrescine regulates leaf starch overaccumulation in cucumber under salt stress
外源腐胺调节盐胁迫下黄瓜叶片淀粉过度积累
  • DOI:
    10.1016/j.scienta.2019.04.010
  • 发表时间:
    2019-07-27
  • 期刊:
    SCIENTIA HORTICULTURAE
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Shen, Jian-lan;Wang, Yu;Guo, Shi-rong
  • 通讯作者:
    Guo, Shi-rong
Paenibacillus polymyxa NSY50 suppresses Fusarium wilt in cucumbers by regulating the rhizospheric microbial community.
多粘类芽孢杆菌 NSY50 通过调节根际微生物群落抑制黄瓜枯萎病
  • DOI:
    10.1038/srep41234
  • 发表时间:
    2017-02-13
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Shi L;Du N;Shu S;Sun J;Li S;Guo S
  • 通讯作者:
    Guo S
Exogenous putrescine alleviates photoinhibition caused by salt stress through cooperation with cyclic electron flow in cucumber
外源腐胺通过与黄瓜循环电子流的配合减轻盐胁迫引起的光抑制
  • 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

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外源Spd对盐胁迫下黄瓜SAMs基因表达的影响及SAMs蛋白的生物信息学分析
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  • 作者:
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低氧胁迫下Ca2 、La3 和EGTA对网纹甜瓜幼苗活性氧代谢的影响
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  • 作者:
    高洪波;郭世荣;汪天;孙艳军;胡晓辉
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AI项目解读示例

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]
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          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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