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水稻糖分调控因子OsSPR1及其下游基因OsUGP5在维持碳磷平衡中的功能研究
结题报告
批准号:
31872165
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
徐国华
依托单位:
学科分类:
C1511.设施园艺学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
骆乐、瞿红叶、张骏、王双双、王石超、夏雨微
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中文摘要
实现有限的磷资源高效利用需要充分发挥农作物磷素吸收利用潜力,迫切需要解析作物中参与维持磷稳态基因的功能。申请人前期从水稻中筛选到两个响应磷信号的基因,编码一个MYB转录因子的OsSPR1和编码二磷酸尿苷葡萄糖焦磷酸化酶的OsUGP5。初步结果显示,在低磷条件下,OsSPR1过表达强烈增强OsUGP5基因的表达,降低水稻叶片糖分和磷的浓度,而OsUGP5突变则提高叶片淀粉和磷的浓度。本项目拟利用这两个基因的单、双突变和过表达材料,通过生长发育表型、磷吸收和磷与糖分分配等分析,明确OsSPR1和OsUGP5在维持水稻磷稳态中的功能;通过体外蛋白活性检测、酵母单杂交、凝胶阻滞、染色质免疫沉淀、转录组分析等解析OsSPR1和OsUGP5之间的上下游调控机制,为揭示作物磷和碳代谢途径交互作用提供分子证据,同时为培育磷高效作物提供候选基因。
英文摘要
Screening and functional characterization of the genes involved in maintaining phosphate (Pi) homeostasis in crops is prerequisite for maximizing Pi uptake and utilization potential to utilize limited Pi resources sustainably and efficiently. We have isolated two Pi-starvation responsive genes in rice, OsSPR1 (sugar partitioning regulator1) encoding a MYB transcription factor and OsUGP5 encoding a UDP-glucose pyrophosphorylase which catalyzes the reversible production of UDPG (the precursor of sucrose, sulfolipid and cellulose)..We observed that overexpression of OsSPR1 in rice strongly enhanced expression of OsUGP5, decreased sugar and Pi concentration in leaves, while knockdown of OsUGP5 increased starch and Pi concentration, compared with wild-type plants. .In this project, the single and double mutants and overexpression lines of OsUGP5 and OsSPR1 will be used for functional characterization of these two genes in the maintenance of Pi homeostasis and its crosstalk with carbon metabolism. Meanwhile, in vitro protein activity assay, yeast-one-hybrid, electrophoretic mobility shift assay, chromatin immunoprecipitation-PCR/sequencing, transcriptomic and phenotyping analysis will be conducted to dissect the underlying molecular mechanisms. This project can give insight into understanding of Pi and carbon metabolism coordination in plants, it will also provide candidate genes for the breeding of Pi-efficient crops.
本项目围绕不同供磷水平下水稻维持碳磷平衡和生长发育的机制,研究了水稻中糖分配调控因子SPR1(Sugar Partitioning Regulator-1)及其编码UDPG焦磷酸化酶基因OsUGP5在维持碳磷平衡中的功能。明确了SPR1是一个缺磷诱导的转录因子并直接调控OsUGP5表达;发现OsUGP5控制水稻体内UGPase酶的活性和蔗糖合成及糖分分配;解析了OsUGP5影响叶片细胞器中无机磷和总磷的分配及其分子机制;发现SPR1受水稻中磷信号中心调控因子OsPHR2的控制并负调控水稻的株高和抗倒伏能力及稻谷产量。与此同时,发现二磷酸腺苷葡萄糖焦磷酸化酶大亚基(OsAGPL1)和小亚基(OsAGPS1)基因在维持水稻碳、氮、磷稳态中起重要作用。.研究结果基本明确了SPR1和OsUGP5以及OsAGPL1/OsAGPS1在维持水稻磷稳态中的功能及其之间的上下游调控机制,为揭示作物磷和碳代谢途径交互作用提供了分子证据,同时也为培育磷高效作物提供了重要的候选基因。
期刊论文列表
专著列表
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Two ADP-glucose pyrophosphorylase subunits, OsAGPL1 and OsAGPS1, modulate phosphorus homeostasis in rice
两个 ADP-葡萄糖焦磷酸化酶亚基 OsAGPL1 和 OsAGPS1 调节水稻中的磷稳态
DOI:10.1111/tpj.14998
发表时间:2020-11-06
期刊:PLANT JOURNAL
影响因子:7.2
作者:Meng, Qi;Zhang, Wenqi;Xu, Guohua
通讯作者:Xu, Guohua
OsWRKY21 and OsWRKY108 function redundantly to promote phosphate accumulation through maintaining the constitutive expression of OsPHT1;1 under phosphate-replete conditions.
OsWRKY21 和 OsWRKY108 在磷酸盐充足的条件下通过维持 OsPHT1;1 的组成型表达来冗余地促进磷酸盐积累
DOI:10.1111/nph.16931
发表时间:2021-03
期刊:The New phytologist
影响因子:--
作者:Zhang J;Gu M;Liang R;Shi X;Chen L;Hu X;Wang S;Dai X;Qu H;Li H;Xu G
通讯作者:Xu G
氮素协同调控水稻生育期和产量及氮素利用效率的机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    305万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
INFEWS:US-China: 高湿废弃物与全球循环经济:水热裂解促进食物-能源-水系统可持续循环
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    250万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
编码二磷酸腺苷葡萄糖焦磷酸酶的OsAGPase3基因在水稻缺氮和缺磷胁迫响应中的功能研究
  • 批准号:
    31471931
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    95.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
烟草中菌根和缺磷信号相关转录因子MYCF1和PHR的生理功能及其调控途径解析
  • 批准号:
    31272225
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
一个编码两个硝酸盐运输蛋白的水稻基因:剪切机制和功能
  • 批准号:
    31071839
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
水稻Pht1家族的两个磷酸盐转运体OsPT2和OsPT6的功能解析和利用
  • 批准号:
    30871582
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
菌根诱导的植物质膜质子泵基因的表达调控和生理功能分析
  • 批准号:
    30571108
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
用反向遗传学途径研究番茄磷素运输蛋白的生理功能
  • 批准号:
    30471037
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
氮素形态对旱作水稻水分蒸腾效率和对缺水敏感性影响
  • 批准号:
    39970449
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    12.0万元
  • 批准年份:
    1999
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
谷类作物中后期大量元素叶面营养的作用机理
  • 批准号:
    39470423
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    7.0万元
  • 批准年份:
    1994
  • 负责人:
    徐国华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金