水稻抗铝毒新基因SAL3的克隆和功能解析

批准号:
31870223
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
黄朝锋
依托单位:
学科分类:
C0204.水分和营养物质的运输与代谢
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
周芳林、李鑫波、姚奋永、赵利
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中文摘要
酸性土壤占世界可耕地面积的30%以上,酸性土壤的铝毒是限制作物生产的主要因子。目前普遍认为铝毒主要通过抑制根细胞伸长来抑制根的生长,但不清楚铝毒是否也通过抑制细胞分裂来抑制根生长。水稻是一个高抗铝毒的作物,但其高抗铝毒机制还有待作进一步解析。我们前期通过遗传筛选获得一个对铝毒敏感的突变体sal3。与之前报道的铝毒敏感突变体不同的是,该突变体在中后期才表现对铝毒敏感。进一步研究发现,铝毒可能通过抑制sal3的细胞分裂来抑制根的生长。我们克隆了SAL3基因,发现它编码一个GRAS家族成员的转录因子。下一步我们将采用遗传、生理、生化、分子生物学等相关技术手段进一步研究铝毒对sal3细胞分裂的调控,鉴定SAL3的协作转录因子以及它们直接调控的下游抗铝毒基因,最终阐明SAL3通过调控下游抗铝毒基因表达调控细胞分裂,进而调控水稻抗铝毒的机制。
英文摘要
Aluminum (Al) toxicity is a major constraint of crop production on acid soils, which represent more than 30% of arable lands in the world. Currently, Al-induced inhibition of root growth is mainly attributed to the disruption of cell elongation. Nevertheless, it is unclear whether Al-induced root growth inhibition can be mediated through the inhibition of cell division. Rice is a highly Al-resistant crop, but the molecular mechanisms underlying the high Al resistance are still not fully understood. We obtained a rice Al-sensitive mutant sal3 by a forward genetic screen. Unlike previously reported Al-sensitive mutants that show Al hypersensitivity at the early stage, sal3 mutant displayed hypersensitive to Al at the later stage. We further found that inhibition of root growth by Al in sal3 might be through the inhibition of cell division. We have cloned SAL3 gene and found that it encodes a transcription factor belonging to the GRAS family. Next, we will take a combinatory approach of genetics, physiology, biochemistry and molecular biology to further examine the regulation of Al on the cell division of sal3 roots, and identify SAL3-cooperation transcription factors and downstream Al-resistance genes directly controlled by SAL3 and its interaction factors. Based on all experimental results, we will ultimately elucidate the mechanisms how SAL3 regulates the expression of its downstream Al-resistance genes to modulate root cell division and the associated Al resistance in rice.
酸性土壤占世界可耕地面积的30%以上,酸性土壤的铝毒是限制作物生产的主要因子。水稻是一个高抗铝毒的作物,但其高抗铝毒机制还有待作进一步解析。我们构建了水稻EMS化学诱变库,通过筛选铝毒敏感或铝抗突变体来克隆和解析水稻抗铝毒新基因。我们获得了一个对铝毒超敏感的突变体sal3 (sensitive to aluminum 3)和一个对铝毒更耐的突变体ral1 (resistance to aluminum 1)。通过全基因组测序并结合标记连锁分析克隆了SAL3和RAL1基因,发现SAL3编码一个GRAS家族成员的转录因子,而RAL1编码4-香豆酸:辅酶A连接酶(4-Coumarate:Coenzyme A ligase)4CL4。通过一系列的生理、生化和遗传实验,我们阐明了SAL3主要通过控制过氧化氢积累来调控水稻对铝毒耐性的作用机制,以及RAL1/4CL4通过影响4-香豆酸和阿魏酸的积累来调节半纤维素之间的交联和对铝离子的结合,从而最终影响水稻抗铝毒能力的新机制。我们的研究结果不仅揭示了调控过氧化氢积累对水稻抗铝毒的重要作用,还揭示了水稻通过分泌羟基桂皮酸主动重塑细胞壁积极应对外在铝毒害的新机制。
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Regulation of Aluminum Resistance in Arabidopsis Involves the SUMOylation of the Zinc Finger Transcription Factor STOP1
拟南芥铝抗性的调节涉及锌指转录因子 STOP1 的 SUMO 化
DOI:10.1105/tpc.20.00687
发表时间:2020-12-01
期刊:PLANT CELL
影响因子:11.6
作者:Fang, Qiu;Zhang, Jie;Huang, Chao-Feng
通讯作者:Huang, Chao-Feng
Mutation of HPR1 encoding a component of the THO/TREX complex reduces STOP1 accumulation and aluminium resistance in Arabidopsis thaliana
编码 THO/TREX 复合体成分的 HPR1 突变降低了拟南芥中 STOP1 的积累和铝抗性
DOI:10.1111/nph.16658
发表时间:2020-06-11
期刊:NEW PHYTOLOGIST
影响因子:9.4
作者:Guo, Jinliang;Zhang, Yang;Huang, Chao-Feng
通讯作者:Huang, Chao-Feng
Dysfunction of the 4-coumarate:coenzyme A ligase 4CL4 impacts aluminum resistance and lignin accumulation in rice
4-香豆酸:辅酶 A 连接酶 4CL4 的功能障碍影响水稻的铝抗性和木质素积累
DOI:10.1111/tpj.14995
发表时间:2020-10-16
期刊:PLANT JOURNAL
影响因子:7.2
作者:Liu, Shuo;Zhao, Li;Huang, Chao-Feng
通讯作者:Huang, Chao-Feng
The THO/TREX Complex Component RAE2/TEX1 Is Involved in the Regulation of Aluminum Resistance and Low Phosphate Response in Arabidopsis.
THO/TREX 复合物组分 RAE2/TEX1 参与拟南芥耐铝性和低磷酸盐响应的调节
DOI:10.3389/fpls.2021.698443
发表时间:2021
期刊:Frontiers in plant science
影响因子:5.6
作者:Zhu YF;Guo J;Zhang Y;Huang CF
通讯作者:Huang CF
Degradation of STOP1 mediated by the F-box proteins RAH1 and RAE1 balances aluminum resistance and plant growth in Arabidopsis thaliana
F-box 蛋白 RAH1 和 RAE1 介导的 STOP1 降解可平衡拟南芥的铝抗性和植物生长
DOI:10.1111/tpj.15181
发表时间:2021-03-10
期刊:PLANT JOURNAL
影响因子:7.2
作者:Fang, Qiu;Zhou, Fanglin;Huang, Chao-Feng
通讯作者:Huang, Chao-Feng
拟南芥外显子连接复合物组分BTZ调控锰利用机制研究
- 批准号:32370266
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50.00万元
- 批准年份:2023
- 负责人:黄朝锋
- 依托单位:
S-亚硝基化调控转录因子STOP1功能和植物抗铝毒的作用机制解析
- 批准号:32170261
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:黄朝锋
- 依托单位:
国内基金
海外基金
