水稻孕穗期响应低温的MITEs类转座子大规模鉴定及其调控机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    31701096
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0607.基因组学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Cold stress is one of the most important environmental conditions that adversely affect plant growth and development. Low temperature in booting stage causes pollen sterility, resulting in remarkable seed yield reduction. Rice has evolved in tropical and subtropical areas and is sensitive to cold stress. Therefore understanding cold responsive mechanism in rice is immense important to food security. Several pieces of evidence suggest that miniature inverted repeat transposable elements (MITEs) can respond to environmental conditions and regulate the expression of nearby genes. Our previous work showed that some MITEs insertions are associated with cold tolerance, implying that MITEs may play important roles in response to cold stress in rice at the booting stage. In order to investigate the regulatory function of MITEs in cold response, we will separate cold-tolerant and cold-sensitive strains based on our cold tolerance phenotype screening system and perform whole genome sequencing, RNA-seq, small RNA-seq and Bisulfite sequencing of each strain. Genome-wide bioinformatic analysis will be used to discover the differences between cold-tolerant and cold-sensitive strains at genome, transcriptome and epigenome levels and identify key regulatory MITEs and related genes in cold response. This grant proposal will contribute to explore the impact of TEs in low temperature adaptation and provide new clues for rice cold tolerance improvement.
低温冷害是影响植物生长发育的重要环境因素之一。孕穗期的低温直接影响作物结实率,导致产量严重下降。水稻是喜温作物,因此研究其孕穗期低温响应机制对提高水稻低温抗性、保障粮食安全具有重要意义。研究表明MITEs类转座子能够调控旁邻基因的表达并在植物胁迫应答中发挥重要作用,我们在前期研究中也发现某些MITEs插入与耐低温性状有相关性,故推测其可能参与了水稻孕穗期低温应答过程。为研究MITEs在低温应答中的作用,本项目拟利用已建立的水稻孕穗期耐低温表型鉴定体系筛选耐冷和冷敏材料,并利用高通量测序获得其基因组、转录组与表观组数据,使用生物信息手段分析二者之间的差异,从全基因组水平上深度挖掘低温应答中起关键作用的MITEs及其调控的基因,并结合分子生物学实验探寻其作用机理。本项目的研究成果可帮助揭示MITEs在低温响应过程中的调控作用,阐述转座子与植物低温适应性之间的关系,为耐低温品种改良奠定理论基础。

结项摘要

低温是威胁植物生长发育的重大环境灾害之一,孕穗期低温会对作物产量造成严重影响,因此研究水稻的低温响应机制对于粮食安全具有重要意义。转座子是基因组中的一类重要元件,水稻基因组中有35%的序列来源于转座子。MITEs是水稻中拷贝数最多的一类转座子,散在分布于基因富集的常染色质区。研究表明MITEs能够调控旁邻基因的表达并在植物胁迫应答中发挥重要作用,但其分子机制尚未可知。因此,本研究通过孕穗期低温处理,筛选极端耐低温与极端敏感水稻品种,并对其基因组、转录组与表观组进行了高通量测序。我们通过多种组学数据的分析与整合,结合分子生物学实验验证,鉴定到了1个与孕穗期低温响应相关的MITEs转座子。该转座子属于mPing家族,特异性插入到2个耐冷材料的羧肽酶基因中,位于5’UTR区,其插入导致了该基因低温下表达上调。进一步通过CRISPR敲除与表型鉴定,证实了该基因影响了水稻的耐冷性。本研究解析了转座子对植物低温适应性的调控作用,为耐低温作物品种改良提供了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Impact of poly(A)-tail G-content on Arabidopsis PAB binding and their role in enhancing translational efficiency
Poly(A)-尾 G 含量对拟南芥 PAB 结合的影响及其在提高翻译效率中的作用
  • DOI:
    10.1186/s13059-019-1799-8
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Genome Biology
  • 影响因子:
    12.3
  • 作者:
    Zhao Taolan;Huan Qing;Sun Jing;Liu Chunyan;Hou Xiuli;Yu Xiang;Silverman Ian M;Zhang Yi;Gregory Brian D;Liu Chun Ming;Qian Wenfeng;Cao Xiaofeng
  • 通讯作者:
    Cao Xiaofeng
CPSF30-L-mediated recognition of mRNA m6A modification controls alternative polyadenylation of nitrate signaling-related gene transcripts in Arabidopsis
拟南芥中 CPSF30-L 介导的 mRNA m6A 修饰识别控制硝酸盐信号相关基因转录本的选择性多腺苷酸化
  • DOI:
    10.1016/j.molp.2021.01.013
  • 发表时间:
    2021-04-05
  • 期刊:
    MOLECULAR PLANT
  • 影响因子:
    27.5
  • 作者:
    Hou, Yifeng;Sun, Jing;Li, Sisi
  • 通讯作者:
    Li, Sisi
Protein arginine methyltransferase 3 fine-tunes the assembly/disassembly of pre-ribosomes to repress nucleolar stress by interacting with RPS2B in arabidopsis
拟南芥中蛋白质精氨酸甲基转移酶 3 通过与 RPS2B 相互作用来微调前核糖体的组装/分解以抑制核仁应激
  • DOI:
    10.1016/j.molp.2020.10.006
  • 发表时间:
    2021-02-01
  • 期刊:
    MOLECULAR PLANT
  • 影响因子:
    27.5
  • 作者:
    Hang, Runlai;Wang, Zhen;Cao, Xiaofeng
  • 通讯作者:
    Cao, Xiaofeng

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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    曹炜

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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

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          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]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          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]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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