植物UV-B信号通路中关键模块(UVR8-BES1/BIM1)的起源与演化研究
批准号:
32100178
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张振华
依托单位:
学科分类:
植物系统发生与进化
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张振华
中文摘要
UV-B信号通路的起源是绿色植物演化过程中的关键革新,它在植物适应陆地强烈UV-B辐射、调控植物代谢及生长发育中发挥了重要作用。UVR8是绿色植物特有的UV-B受体,BES1/BIM1是UVR8下游的关键调控元件。UVR8-BES1/BIM1模块是植物传导UV-B信号的核心元件,UV-B辐射能够促进UVR8-BES1/BIM1的结合,实现生长发育调控和UV-B适应。然而,UVR8-BES1/BIM1模块仅在拟南芥中有相关研究,关于该模块的起源及演化研究尚未有报道。本项目拟通过生物信息学和分子生物学相结合的手段,从不同植物类群中获得UVR8、BES1和BIM1的同源序列,进行大尺度的系统发育及分子进化分析;选取绿藻、轮藻和早期陆地植物的代表物种进行功能实验,揭示UVR8-BES1/BIM1模块的起源及在植物适应UV-B辐射中的作用,为深入理解早期陆地植物适应陆生环境的机制提供科学依据。
英文摘要
The origin of UV-B signaling pathway is a key innovation in the evolution of green plants, and it plays vital roles in plant metabolism, growth, developments, and the adaptations to the intense UV-B radiations in terrestrial environments. UVR8 is the plant-specific UV-B photoreceptor, and BES1/BIM1 are the crucial regulators mediated by UVR8. UVR8-BES1/BIM1 module is the core components in plant UV-B signaling pathway, and the UV-B-light-promoted UVR8-BES1/BIM1 interactions can induce UV-B acclimation. The UVR8-BES1/BIM1 signaling pathway has been mainly studied in Arabidopsis thaliana, however, the origin and evolution of this module are largely unknown. In this study, we will obtain the orthologs of UVR8、BES1 and BIM1 using both bioinformatics and cloning approaches from different groups of green plants, and perform phylogenetic and molecular evolutionary analyses. Meanwhile, we will select representatives from chlorophytes, charophytes and early land plants to examine the function of UVR8-BES1/BIM1 module. Our results will reveal the origin and potential roles of UVR8-BES1/BIM1 module in UV-B acclimation, and advance our understanding of the molecular mechanisms underpinning the adaptations of plants to terrestrial environments.
UV-B信号通路的起源是绿色植物陆地化进程中的关键革新,该通路在植物UV-B辐射响应、生长发育调控及次级代谢产物合成等过程中发挥了重要作用。UVR8是绿色植物特有的UV-B受体,BES1和BIM1是UVR8下游的关键调控元件,UVR8-BES1/BIM1模块是植物传导UV-B信号的核心模块之一,是UV-B信号与油菜素内酯信号协同调控植物发育的整合点。本项目通过生物信息学和分子生物学相结合的手段,揭示了UVR8-BES1/BIM1模块的起源及在植物适应UV-B辐射中的作用。本研究首先通过选取覆盖泛植物主要类群的高质量基因组数据,利用系统发育与结构域分析发现UVR8与BIM1直系同源基因起源于绿藻,BES1直系同源基因起源于轮藻。基于AlphaFold2预测、酵母双杂交与双分子荧光素酶实验对绿色植物不同类群代表性物种(中带鼓藻、地钱、勺叶槐叶萍、买麻藤和拟南芥)中UVR8、BES1和BIM1直系同源蛋白间的相互作用进行探究,发现BIM1与BES1的蛋白互作起源于早期陆地植物,BIM1和UVR8间的相互作用起源于轮藻并在植物演化中保守存在,BES1和UVR8间的相互作用可能是在被子植物中才起源。中带鼓藻、地钱、拟南芥间的比较转录组分析发现地钱和拟南芥中响应UV-B信号的差异表达基因数量相似,陆地植物中的UV-B响应基因呈现保守的功能,都涉及UV-B信号响应、响应环境刺激与内源激素响应相关的基因;而中带鼓藻UV-B响应基因与陆地植物存在较大差异,响应UV-B信号的差异基因多参与基因表达调控、细胞生长代谢等过程。通过对模块关键转录因子BES1的功能分析,发现地钱MpBES1具有保守的E-box结合基序,MpBES1的转录调控靶基因在调控细胞壁组织、应对非生物刺激方面相比于拟南芥呈现保守的模式。以上结果表明在早期陆地植物地钱中初步建立了UV-B信号与BES1的交互调控,具备有传递UV-B信号功能的UVR8-BES1/BIM1模块,在拟南芥中演化出了成熟的UVR8-BES1/BIM1模块参与UV-B信号转导。本研究以UVR8-BES1/BIM1模块为切入点,探究了植物UVR8-BES1/BIM1模块介导UV-B信号传导的起源与演化历史,不仅为揭示绿色植物感知、传导及响应环境UV-B信号的分子机制提供基础,也为深入理解植物登陆中的适应机制提供科学依据。
植物UV-B信号通路中关键模块(UVR8-BES1/BIM1)的起源与演化研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:张振华
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依托单位:
国内基金
海外基金