不同传粉综合征植物花蜜脂质组比较及功能生态学研究
批准号:
32070258
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
查红光
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:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
查红光
中文摘要
花蜜的产生是植物演化过程中一个重要事件。花蜜在植物与传粉生物的相互作用中发挥桥梁作用,其中非糖组分的生理生态学功能是目前研究的热点。脂质在花蜜中普遍存在,是传粉昆虫不可缺少的营养物质,其组成特征与传粉昆虫的特异性密切相关。但该方面的研究目前仍极其有限。本项目将采用点面结合的策略,以我国大型植物园的栽培植物资源为依托,主要使用以色谱-质谱联用为核心的组学技术,结合蜜腺显微技术和传粉昆虫行为学的研究方法,重点比较研究不同传粉综合征植物花蜜之间以及花内蜜与花外蜜之间脂质组成的差异、花蜜主要脂类的生态学功能、以及脂质结合蛋白的组成及活性。研究将获得在植物与传粉昆虫相互作用中关键脂质种类信息,以及主要花蜜脂质的生态学功能信息。结果将为植物与传粉昆虫相互作用及其协同进化的分子机制研究提供科学依据。
英文摘要
The generation of nectar is an important event in the evolution of plants. Nectar plays a bridge role in the interaction between plants and pollinators. Among them, the physiological and ecological functions of non-sugar components in nectar are hot topics in current research. Lipids are ubiquitous in nectar and are essential nutrients for insect pollinators. Nectar lipidomic characteristics are closely related to the specificity of insect pollinator, but research in this area is still extremely limited. This project will rely on the cultivated plant resources of two large botanical gardens in China (Xishuangbanna Tropical Botanical Garden and Kunming Botanical Garden), mainly using omics technologies, e.g. GC/MS and LC/MS, combined with nectary microscopy and pollinator insect behavior research methods. This project will focus on the comparative study of the difference in lipidomes between the nectar of the plants with different pollination syndromes and between floral and extrafloral nectar from the same species. We will study the ecological functions of major nectar lipids, as well as the composition and activity of lipid-binding proteins in nectar. This study will obtain information on key lipids in the interaction between plants and insect pollinators, as well as information on the ecological functions of the main nectar lipids. This result will provide a scientific basis for studying the molecular mechanism of plant-pollinating insect interaction and co-evolution.
花蜜是被子植物正常生理状态下由花内蜜腺或花外蜜腺分泌的具有特定生理生态学功能的含糖液体,同时包括氨基酸、脂类、蛋白质、次生代谢物和微量元素等多种物质,在植物与传粉动物相互作用中发挥重要的功能。本项目组以自身收集和国内大型植物园的植物资源为依托,主要采用目前先进的高通量、高分辨率的色谱-质谱联用技术,以不同传粉综合征的植物花蜜比较代谢组学研究为重点,结合传粉昆虫行为学、蛋白组学和花蜜脂质结合蛋白进行了研究。项目经过四年的研究,主要完成了以下工作:以目前的APG IV大系统为框架下的212种植物花蜜(分属181属,89科,35目)以及14种植物花外蜜的采集,花蜜及花外蜜中包括脂质在内的比较代谢组学、碳氮比、微量元素的分析工作,并与其传粉综合征进行了联合分析。其中,大系统覆盖的花蜜碳氮比和微量元素分析在国际较为罕见。此外,项目组完成了5个植物花内蜜和4个植物花外蜜的蛋白质组学分析。重点完成了对油麻藤(Mucuna sempervirens)花蜜中的碱性胆固醇结合蛋白(pathogenesis-related protein 1, MsPR-1)的精细结构分析,并首次使用天然纯化的蛋白获得了该蛋白的X-衍射晶体结构。目前该晶体结构已正式保存在国际蛋白质数据库中(PDB ID: 9LYT)。项目组得出以下研究结论:1. 花蜜因其强极性环境,脂质含量普遍较低且只以脂肪酸、二脂酰甘油和单脂酰甘油为主,未检测到固醇类物质;维生素E是花蜜中主要的脂溶性维生素种类;2. 脂质结合蛋白是花蜜中的基本蛋白类型,可能与脂质在花蜜中的释放以及维持其在花蜜中的一定溶解度有关;3. MsPR-1天然活性状态为无翻译后修饰的二聚体结构,其C-末端小肽可能与植物免疫密切相关;4. 花蜜化学组成不是传粉动物综合征的决定因素,也不具有明显的系统发育特征,而更多地呈现独立演化特征。
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