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拟南芥钙依赖蛋白激酶CPK21和CPK23调控植物耐铝性的生理及分子机理

批准号:
32070303
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
杨中宝
依托单位:
学科分类:
植物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨中宝

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
铝(Al)毒害是酸性土壤上限制作物生产的主要因子之一。明确植物耐铝性分子调控机制,发掘植物耐铝调控关键基因,是利用现代生物手段改良植物营养遗传性状,最终培育适应酸性铝毒土壤植物新品种的前提。我们前期研究发现铝胁迫下CPK21和CPK23通过影响ALMT1和MATE介导的根系有机酸的分泌进而调控植物耐铝性。本项目拟在前期研究的基础上,结合生理生化、细胞学、遗传学及分子生物学等技术和手段,继续深入探讨铝胁迫下CPK21和CPK23调控植物耐铝性的生理和分子机理,阐明铝胁迫下CPK21和CPK23如何通过作用于STOP1进而调控ALMT1和MATE表达的分子机理,明确CPK21和CPK23对植物耐铝性的调控是否依赖于Ca2+信号,筛选CPK21和CPK23蛋白关键调控或修饰因子,并明确其在植物耐铝性中的生理和分子作用机理。为最终阐明CPK21和CPK23调控植物耐铝性的生理和分子机理提供依据。
英文摘要
Aluminum (Al) toxicity is one of the major limiting factors for crop production in acid soil. Understanding of the physiological and molecular resistance mechism of plants to Al stress is the prerequirement for the improvement of yield in the breeding for adaptaion to Al toxicity in acid soil. We previously found that CPK21 and CPK23 was involved in the regulation of Al resistance through mediating ALMT1 and MATE-dependent malate and citrate exudation from roots. To further better understand the molecular regulatory mechanism of CPK21 and CPK23 in Al resistance, the physiological, biochemical, cellular, genetic and molecular approaches will be combined in the present study, and will (i): clarify how CPK21 and CPK23 regualtes ALMT1and MATE expression through interaction with STOP1, a key transcription factor in the regulation of Al resistance; (ii) clarify if the CPK-STOP1-ALMT1/MATE regulatory process is Ca2+-dependent or not; (iii) obtain the key CPK21- and CPK23-interacting transcription factors or regulatory proteins , and clarify their molecular and physiological functions in the regulation of Al resistance.
铝毒害是酸性土壤中植物生长的主要限制因素之一,而钙信号在植物响应铝胁迫过程中发挥着重要的调节作用。STOP1介导的ALMT1表达被认为是拟南芥主要耐铝机制之一。然而,参与该调控过程的特定细胞Ca2+感受器尚不明确。本研究发现,CPK家族成员CPK21和CPK23在铝胁迫下作为关键启动子,调控STOP1对ALMT1表达的影响,从而通过改变根系苹果酸分泌来限制根尖部位的铝积累。在铝胁迫条件下,CPK21和CPK23以Ca2+依赖方式迅速积累于根尖细胞的质膜、细胞质及细胞核中。激活后的CPK21和CPK23随后在根尖细胞内磷酸化STOP1,通过抑制其与RAE1之间的相互作用来稳定STOP1,从而最终增强植物对铝胁迫的耐受性,且整个过程均依赖于Ca2+信号。本研究揭示了一个之前未曾报道的铝胁迫信号调控网络,其中CPKs通过Ca2+-CPK21/23-STOP1信号级联系统整合了铝诱发的Ca2+信号与转录重编程,以有效应对并适应植物铝胁迫。值得注意的是,该研究还引入了一种新的理解:即植物对铝胁迫耐性调控的实现需要在细胞质和细胞核内对STOP1进行修饰,这一观点挑战了先前认为STOP1仅在细胞核中调节铝胁迫耐性的传统看法。该研究为进一步明确植物耐铝分子信号调控机制,最终结合遗传学和基因工程手段培育适应酸性土壤生长的作物新品种提供科学理论依据。
组蛋白去乙酰化酶HDA19调控拟南芥铝胁迫响应的分子机制
  • 批准号:
    32370303
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    杨中宝
  • 依托单位:
油菜素内酯(BR)信号调控铝诱导拟南芥根系ALMT1表达的分子机理
  • 批准号:
    31872655
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    杨中宝
  • 依托单位:
根毛缺陷基因RHD6调控植物耐铝性的生理及分子机理
  • 批准号:
    31670259
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    杨中宝
  • 依托单位:
细胞壁木葡聚糖转移酶/水解酶(XTH)基因调控菜豆根尖铝毒害和干旱胁迫的分子机制
  • 批准号:
    31400227
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    杨中宝
  • 依托单位:
国内基金
海外基金