S-亚硝基谷胱甘肽还原酶在植物应答镉胁迫中的作用机制
批准号:
31670258
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
金崇伟
依托单位:
学科分类:
C0205.植物与环境互作
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘秒、范士凯、关美艳、刘星星、方先芝、何小林、田文昊
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中文摘要
鉴于我国耕地镉污染形势严峻,以植物的镉吸收和耐性机制为理论基础,培育“镉积累量高、耐性强”的非食用性经济作物被视为一种经济高效的镉污染土壤修复途径。然而,迄今对植物应答镉胁迫机制的了解仍然有限。一氧化氮(NO)在调控植物的镉吸收和耐性中发挥重要作用。研究显示可调节胞内NO水平的S-亚硝基谷胱甘肽还原酶(GSNOR)的活性受镉胁迫显著抑制。申请人发现GSNOR功能缺失虽然增加了拟南芥的镉含量,但也增强了植物的镉耐性。基于镉胁迫-GSNOR-NO之间的潜在关联,本项目拟研究GSNOR响应镉胁迫的行为特征及其在镉引起胞内NO含量增加中的作用机制,并结合镉吸收和耐性相关基因表达及蛋白修饰的分析,从根系的镉吸收过程、细胞壁的固持镉作用、胞内的抗氧化过程等角度入手系统地研究GSNOR受抑及其引起的NO积累在增强植物的镉吸收和耐性中的分子生理机制,为培育高效修复镉污染土壤的非食用性经济作物提供理论依据。
英文摘要
Cadmium (Cd) contamination of agricultural soils is an increasingly serious problem in China. Molecular breeding non-food crops with higher capacities of Cd accumulation and resistance, and using them for remediation of the contaminated soil, are recognized as an inexpensive and effective strategy. The breeding of these crops requires understanding the mechanisms that are involved in Cd uptake and resistance of plants. However, the information on these mechanisms is still limited so far. Nitric oxide (NO) plays important roles in regulating Cd uptake and resistance of plants. It has been shown that Cd stress significantly inhibited the activity of S-nitrosoglutathione reductase (GSNOR) which is involved in controlling cellular NO level. Our preliminary study found that loss the function of GSNOR in Arabidopsis plants not only leads to increased Cd accumulation, but also enhances Cd resistance. Considering the potential linkage between the Cd stress, GSNOR and NO, this project will investigate the behavior of GSNOR in response to Cd stress and its role in mediating Cd-induced NO accumulation by using Arabidopsis plants. In addition, based on the analysis of the gene expressions and protein modifications which are involved in Cd uptake and resistance, we will also emphasize to comprehensively investigate how the inhibition of GSNOR activity and the elevation of NO level regulate the uptake of Cd by roots, immobilization of Cd by cell wall and resistance of cellular oxidative stress. These studies will reveal the mechanisms underlying why GSNOR negatively regulates Cd uptake and resistance in plants, and may provide new information for the molecular breeding of non-food crops that are highly effective for the remediation of Cd-contaminated soil.
我国耕地镉(Cd)污染问题突出,土壤Cd污染已经成为威胁我国食品安全的主要问题之一。植物应答Cd胁迫的分子生理机制,是利用生物技术或遗传育种手段培育Cd修复新品种的理论基础。本项目以拟南芥为研究材料研究了NO清除系统GSNOR在植物应答Cd胁迫过程中的作用机制。我们发现镉胁迫处理显著诱导根中GSNOR基因和GSNOR蛋白的表达,因此增强了GSNOR酶活性,而GSNOR酶活性与Cd胁迫诱导的NO积累负相关。这说明镉胁迫诱导的GSNOR活性增强有助于抑制NO的过量积累。进一步研究发现该过程通过抑制NO介导的IRT1表达,降低了根系对Cd的吸收速率,减少了根系对Cd的吸收,降低了植株的Cd含量。然而在植株地上部,Cd胁迫诱导的GSNOR酶活性增强可通过下调CAT相关基因的表达抑制CAT酶活性,进而增加植株中H2O2的积累,加剧了Cd胁迫导致氧化胁迫。本项目研究的发现有望为培育高效修复镉污染土壤的非食用性经济作物提供理论依据。
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
Inhibition of DNA demethylation enhances plant tolerance to cadmium toxicity by improving iron nutrition
抑制 DNA 去甲基化可通过改善铁营养来增强植物对镉毒性的耐受性
DOI:10.1111/pce.13670
发表时间:2019-11-12
期刊:PLANT CELL AND ENVIRONMENT
影响因子:7.3
作者:Fan, Shi Kai;Ye, Jia Yuan;Jin, Chong Wei
通讯作者:Jin, Chong Wei
Effects of split applications of nitrogen fertilizers on the Cd level and nutritional quality of Chinese cabbage
氮肥分期施用对大白菜镉含量及营养品质的影响
DOI:10.1631/jzus.b1600272
发表时间:2017-10-01
期刊:JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY-SCIENCE B
影响因子:5.1
作者:Fan, Shi-kai;Zhu, Jun;Jin, Chong-wei
通讯作者:Jin, Chong-wei
Induction of S-nitrosoglutathione reductase reduces root cadmium uptake by inhibiting Iron-regulated transporter 1
S-亚硝基谷胱甘肽还原酶的诱导通过抑制铁调节转运蛋白 1 减少根部镉的吸收
DOI:10.1007/s11104-019-04014-z
发表时间:2019-05-01
期刊:PLANT AND SOIL
影响因子:4.9
作者:Guan, Mei Yan;Zhu, Ya Xin;Jin, Chong Wei
通讯作者:Jin, Chong Wei
Nitrate transporter 1.1 alleviates lead toxicity in Arabidopsis by preventing rhizosphere acidification
硝酸盐转运蛋白 1.1 通过防止根际酸化减轻拟南芥中的铅毒性
DOI:10.1093/jxb/erz374
发表时间:2019-08
期刊:Journal of Experimental Botany
影响因子:6.9
作者:Zhu Jun;Fang Xian Zhi;Dai Yu Jie;Zhu Ya Xin;Chen Hong Shan;Lin Xian Yong;Jin Chong Wei
通讯作者:Jin Chong Wei
DOI:10.1016/j.jhazmat.2019.121473
发表时间:2020-02
期刊:Journal of hazardous materials
影响因子:13.6
作者:Y. Zhu;W. Du;X. Fang;L. Zhang;C. Jin
通讯作者:Y. Zhu;W. Du;X. Fang;L. Zhang;C. Jin
一种新型亚铁过氧化物酶对水稻叶脉组织的光保护作用及其机制研究
- 批准号:Z25C130012
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:金崇伟
- 依托单位:
Fe(Ⅱ)氧化酶OsLPR2负向调控稻叶直立性的作用机制及其应用潜力研究
- 批准号:32372801
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:金崇伟
- 依托单位:
铵硝化阻抑措施减控蔬菜镉污染的作用、机理及技术优化研究
- 批准号:LZ21D010001
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2020
- 负责人:金崇伟
- 依托单位:
缺铁诱导的蔗糖积累对番茄根系耐缺铁响应的调控作用
- 批准号:31270041
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:金崇伟
- 依托单位:
亚硝酸盐及IAA与NO之间的网络对话在植物耐缺铁响应中的调控作用
- 批准号:30900920
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:金崇伟
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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