IaPMEI17调控蕹菜品种间根细胞壁果胶吸附镉差异的分子机理
批准号:
42107039
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:
黄樱樱
依托单位:
学科分类:
环境土壤学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄樱樱
中文摘要
我国土壤镉污染严重,选育作物镉污染预防品种有利于保障农产品安全。申请人发现蕹菜根系果胶甲酯酶抑制因子IaPMEI17品种间表达差异显著,可能与品种间镉含量差异有关。由此假设,蕹菜IaPMEI17通过调控果胶甲酯酶(PME)活性影响果胶的去甲酯化,进而改变其镉吸附能力,控制镉吸收转运。本项目拟以蕹菜镉污染预防品种和高镉品种为对象,探明IaPMEI17调控品种间根细胞壁果胶镉吸附能力差异的分子机理。内容包括:(1)分析镉胁迫前后IaPMEI17表达量、果胶的甲酯化程度和镉含量,明确IaPMEI17与果胶镉吸附能力的关系;(2)利用酵母双杂交和GST pull-down技术,筛选和验证响应IaPMEI17的PME,阐明IaPME17调控果胶去甲酯化的分子机理;(3)采用模式植物拟南芥验证IaPMEI17及其调控的PME功能。本项目对于了解作物镉低积累的分子机理和选育镉污染预防品种有重要意义。
英文摘要
Cadmium (Cd) contamination in agricultural soils is a serious problem in China, so it is of great significance to select and breed Cd pullulation safe cultivars (Cd-PSCs). In our previous study, we found that the differential expression of pectin methylesterase inhibitor 17 (IaPMEI17) should be responsible for the cultivar-dependent shoot Cd accumulation in water spinach. Therefore, it was hypothesized that IaPMEI17 could regulate the demethylation of pectin by reducing the activity of pectin methylesterase (PME), and finally affects the Cd adsorption capacity of pectin. In the present study, we aimed to study the molecular mechanism of IaPMEI17 regulating Cd adsorption capacity of pectin in Ipomoea aquatica Forsk. using a Cd-PSC (QLQ) and a high Cd accumulation cultivar (T308). Firstly, the expression level of IaPMEI17, cell wall pectin content, and Cd concentration in pectin will be determined to investigate the relationship between IaPMEI17 and Cd concentrations in pectin. Secondly, the PME proteins that interacting with IaPMEI17 will be identified by yeast two hybrid assay and GST pull-down assay to explore the molecular mechanism of IaPMEI17 regulating pectin demethylation. Finally, the function of IaPMEI17 the PME that interacting with IaPMEI17 will be further verified by Arabidopsis thaliana overexpression and RNAi system. The results will be useful for understanding the molecular mechanism of low Cd accumulation in crops and the breeding of Cd-PSCs.
我国农田土壤面临着严峻的镉污染问题,对农业生产和食品安全构成重大威胁,因此选育镉污染预防农作物品种具有重要意义。本项目以蕹菜镉污染预防品种(QLQ)和高积累品种(T308)为对象,研究IaPMEI17调控根尖细胞壁果胶镉吸附能力的分子机理。研究发现,IaPMEI17调控的果胶去甲酯化过程显著影响蕹菜根细胞壁对镉的吸附能力。镉胁迫下,QLQ根系中IaPMEI17基因的表达水平显著低于T308,果胶去甲酯化程度较高,共价结合态果胶含量显著增加,从而增强了根细胞壁的镉吸附能力。蛋白互作分析显示,IaPMEI17与果胶甲酯酶(PME)家族成员IaPME1、IaPME3和IaPME4不存在互作,仅与IaPME2存在微弱的互作关系;此外,IaPMEI17与MAPK信号途径关键组分MKK9存在显著互作,揭示其可能参与更广泛的镉胁迫响应网络。进一步研究发现,过表达IaPMEI17拟南芥植株表现出根系镉含量显著降低,但茎叶镉含量显著升高,验证了IaPMEI17在调控镉积累中的作用。利用单细胞测序(scRNA-seq)技术,进一步揭示了QLQ和T308根尖不同细胞类型在镉吸收和运输过程中的分子响应差异。研究发现QLQ表皮细胞中较高的果胶去甲酯化和木质素沉积水平,有效限制了镉向地上部的转运;而T308较高的木质部镉含量,促进了镉的长距离运输。综合基因、蛋白及细胞水平的研究结果,本研究系统解析了蕹菜镉积累品种间差异的分子机制,为镉污染预防型作物的分子辅助育种提供了重要科学依据和理论支持。综合基因、蛋白及细胞水平的研究结果,本研究系统解析了蕹菜镉积累品种间差异的分子机制,为发展镉污染预防品种的分子辅助育种技术提供了重要科学依据和理论支持。
Nramp5 对蕹菜镉积累品种间差异的影响
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批准号:2019JJ50113
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2019
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负责人:黄樱樱
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依托单位:
国内基金
海外基金