水稻锌指蛋白转录因子HST在花期高温胁迫应答中的功能与调控研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31470368
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0205.植物与环境互作
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Heat stress has become a threat to crop production. It is the important base on the rice heat tolerant breeding to illuminate the mechanism of rice heat stress tolerance, and to clone, identify the genes related to the heat stress tolerance. A heat-resistant mutant of the rice ZH11(hst,heat stress telorance)acquired before was utilized to clone the related genes. With map-based cloning and sequencing, it was found that 4 basic groups were inserted into the zinc finger transcription factor HST, which resulted in the frameshift mutation. According to the above evidences, it can be indicated that this transcription factor was a negative regulator of rice heat stress tolerance. Some technologies and anatomy methods, such as the transgenosis, ChIP-seq, RNA-Seq and so on, will be used to study the spatial and temporal expression pattern of HST, to exploit the downstream target genes of HST at flowering under the condition of 40℃. Meanwhile, the pollen viability, the developmental structure of the anther, the physiological and biochemical indexes and the agronomic traits including the setting rate, the production and so on will be studied, too. All of these will verify the functions and the regulatory network of HST taking part in at the rice flowering under heat stress, illuminate the molecular mechanism of the heat stress in rice and provide theoretical basis of molecular breeding under heat stress.
高温胁迫已成为作物生产的威胁,水稻耐高温机制的阐明和耐高温相关基因的克隆、鉴定及功能解析是水稻耐高温育种的重要基础。本研究以前期获得的一份抗高温能力明显增强的水稻中花11突变体(hst,heat stress tolerance)为材料,经图位克隆与测序发现该突变体中的目的基因发生了移码突变,且为锌指蛋白转录因子,在花期高温胁迫中起负调控作用。为此,本项目采用转基因、ChIP-seq、RNA-Seq等技术和解剖学手段,在花期高温(40℃)胁迫下,研究该锌指蛋白转录因子HST在水稻花期的时空表达模式,寻找HST下游的直接调控靶基因,分析花粉活力、花药结构与结实率、产量等农艺性状及其生理生化(激素、氧化胁迫)指标,探明锌指蛋白转录因子HST在水稻花期高温胁迫响应中的功能与调控网络,为阐明水稻高温热害的分子机理提供科学依据,为作物耐高温分子育种提供理论指导。

结项摘要

高温严重威胁水稻的生产安全,水稻开花期遭遇高温是减产的主要原因。水稻耐高温品种的筛选和培育,耐高温基因克隆、鉴定和解析以及耐高温机制的研究显得尤为重要。本项目基于前期获得的水稻中花11耐高温突变体hst,并构建了其互补突变体HST-hst,探明HST转录因子在水稻花期高温胁迫应答中的功能。对HST-GUS-hst水稻转基因植株进行GUS染色,探究HST基因在水稻不同组织器官中的表达模式,发现HST基因在水稻的根部,叶片,节,花药中都有表达。荧光定量PCR结果表明HST基因在叶中的表达量远高于其它组织和器官。在高温胁迫下,水稻花器官中HST表达水平较对照明显升高,表明HST可对高温胁迫做出响应。对DR5-GUS-ZH11、DR5-GUS-hst、Tcsn-GUS-ZH11、Tcsn-GUS-hst进行高温处理。对花期高温处理后0 h,12 h,24 h,48 h,72 h的根部、叶片及花药进行染色,发现花期高温胁迫条件下HST参与生长素和细胞分裂素激素响应通路。 利用RNA-Seq技术分析hst突变体花药中表达差异基因,寻找HST调控的靶基因。相比较野生型ZH11,突变体中上调基因657个,下调基因809个。GO富集和pathway富集图可看出,突变体中表达变化的基因参与胁迫响应、氧还反应、糖代谢、激素合成等多种生物代谢过程。对野生型ZH11、突变体hst以及互补突变体HST-hst扬花期进行高温胁迫,发现野生型ZH11和互补突变体HST-hst在花粉活力和柱头上花粉粒数性状上,没有显著差异。相较野生型ZH11和互补突变体HST-hst,突变体hst具有更高的花粉活力和柱头上花粉粒数,这可能是其具有较强的花期高温耐性的关键因素。对耐高温突变体hst花器官在高温胁迫下的生理指标研究可知,高温胁迫导致水稻颖花中可溶性蛋白和可溶性糖含量均显著下降,但突变体hst降幅小于野生型ZH11;而颖花中的MDA、H2O2及游离脯氨酸含量均显著提升,突变体hst的增幅低于野生型ZH11。高温胁迫下hst突变体颖花中保持较多的渗透调节物质及较低的MDA和H2O2含量,使得水稻花器官具备较强的渗透调节能力和生物膜保护能力。以上研究结果为进一步揭示水稻高温热害的生理分子机制提供科学依据。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
The role of receptor-like protein kinases (RLKs) in abiotic stress response in plants
受体样蛋白激酶(RLK)在植物非生物胁迫反应中的作用
  • DOI:
    10.1007/s00299-016-2084-x
  • 发表时间:
    2017-02-01
  • 期刊:
    PLANT CELL REPORTS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Ye,Yaoyao;Ding,Yanfei;Zhu,Cheng
  • 通讯作者:
    Zhu,Cheng
MicroRNA268 Overexpression Affects Rice Seedling Growth under Cadmium Stress
MicroRNA268 过表达影响镉胁迫下的水稻幼苗生长
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.7b01164
  • 发表时间:
    2017-07-26
  • 期刊:
    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Ding, Yanfei;Wang, Yi;Zhu, Cheng
  • 通讯作者:
    Zhu, Cheng
MicroRNA390 Is Involved in Cadmium Tolerance and Accumulation in Rice.
MicroRNA390参与水稻的镉耐受和积累
  • DOI:
    10.3389/fpls.2016.00235
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Frontiers in plant science
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Ding Y;Ye Y;Jiang Z;Wang Y;Zhu C
  • 通讯作者:
    Zhu C
The role of C2H2 zinc finger proteins in plant responses to abiotic stresses
C2H2锌指蛋白在植物响应非生物胁迫中的作用
  • DOI:
    10.1111/ppl.12728
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Physiologia Plantarum
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Ke Wang;Yanfei Ding;Chong Cai;Zhixiang Chen;Cheng Zhu
  • 通讯作者:
    Cheng Zhu
花期高温胁迫对水稻颖花生理特性的影响
  • DOI:
    10.16819/j.1001-7216.2016.5178
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国水稻科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    兰旭;顾正栋;丁艳菲;王珂;江琼;朱诚
  • 通讯作者:
    朱诚

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其他文献

合肥盆地下蜀黄土年龄及物源探讨
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国地质
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    管后春;李运怀;刘道彬;朱诚;汪雅菲
  • 通讯作者:
    汪雅菲
Ancient culture decline after the Han Dynasty in the Chaohu Lake basin, East China: A geoarchaeological perspective
中国东部巢湖流域汉代以后古代文化的衰落:地质考古学的视角
  • DOI:
    10.1016/j.quaint.2011.08.027
  • 发表时间:
    2012-10
  • 期刊:
    Quaternary International
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    吴立;王心源;朱诚;张广胜;李枫;李兰;李溯源
  • 通讯作者:
    李溯源
长江三峡巫山下沱遗址环境考古
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    海洋地质与第四纪地质
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张芸;朱诚;张之恒
  • 通讯作者:
    张之恒
Relationship between archaeological sites distribution and environment from 1.15 Ma BP to 278 BC in Hubei Province
湖北省距今1.15 Ma至公元前278年考古遗址分布与环境的关系
  • DOI:
    10.1007/s11442-011-0889-7
  • 发表时间:
    2011-08
  • 期刊:
    Journal of Geographical Sciences
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    李兰;吴立;朱诚;李枫;马春梅
  • 通讯作者:
    马春梅
长江三峡库区玉溪遗址的环境与人类活动的孢粉记录
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    微体古生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马春梅;朱诚;白九江;张文卿
  • 通讯作者:
    张文卿

其他文献

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朱诚的其他基金

MiR166及其候选靶基因对水稻镉胁迫应答的调控机制研究
  • 批准号:
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    2011
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    2010
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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

        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]
          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]
          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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