被子植物TIR-NBS-LRR类抗病基因演化丢失的分子机制
批准号:
32070243
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
邵珠卿
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:
邵珠卿
中文摘要
植物抗病基因(R gene)与病原的协同演化是植物生存和繁衍的基础保障。重要R基因家族——TIR-NBS-LRR(TNL)基因在被子植物多个类群中的独立丢失,长期以来一直是R基因演化研究的谜题。申请人在多年来对R基因演化研究和预研论证的基础上,提出TNL基因丢失是由NRG1基因及其它抗病信号传导基因丢失所共同导致的科学假说。针对于此,本项目拟通过演化生物学分析和分子生物学验证,深入发掘除NRG1以外与TNL基因同时丢失的其它抗病信号传导基因;系统研究这些抗病信号传导基因与NRG1分别介导了哪些TNL演化谱系的抗病信号传导;探索这些抗病信号传导基因与NRG1在不同物种中丢失的先后顺序和分子机制,综合分析并建立TNL基因丢失的演化模型。研究内容不仅有望从机制上解答TNL这一重要R基因类型的丢失之谜,还将架起R基因与其信号传导机制协同演化的桥梁,为深入理解植物免疫系统的演化模式提供新的见解。
英文摘要
The co-evolution of plant disease resistance genes (R genes) and pathogens is vital for the survival and development of plants. TIR-NBS-LRR (TNL) is an important type of R gene against various pathogens. The independent loss of TNL genes from several angiosperm lineages has been a mystery of R gene evolution for a long time. Basing on our long-term study on plant R gene’s evolution and several recently accomplished preliminary surveys, we propose that loss of NRG1 and other signal transduction genes may contribute to the erase of TNL genes from several angiosperm lineages. The present project is designed to verify our hypothesis. Firstly, ancestral TNL lineages will be differentiated basing on systematic phylogenetic analysis and their dependence on NRG1 for immune reaction will be experimentally tested. Then, defense signal transduction genes other than NRG1 that co-absent with TNL genes among angiosperm genomes will be screened by comparative genomics analysis. Furthermore, the dependence of NRG1-independent TNL genes on the newly found signal transduction genes will be tested. Finally, the underling mechanisms of loss of NRG1 and other signal transduction genes will be explored. The results from this project are aimed to resolve the mystery of TNL loss. It will be helpful for understanding how signal transduction mechanisms and the preservation/loss patterns of disease resistance genes are co-evolved, and provide new insights into the adaptive evolution of plant immune systems.
植物抗病基因是植物在长期演化中形成的一类特殊基因。TIR-NBS-LRR(TNL)基因是植物最大抗病基因家族NLR基因的重要亚类。研究其在植物演化过程中的产生、保存和丢失的模式和机制,不仅对理解植物抗病基因与病原的协同演化等基础科学问题具有重要理论价值,还对农业抗病育种等实际应用具有指导作用。.本项目结合演化生物学分析和分子生物学技术,探究了TNL基因在被子植物中的演化丢失机制。通过系统收集已测序被子植物基因组数据和全面鉴定包括TNL在内的各NLR亚类成员,构建了覆盖被子植物300余个物种的NLR基因数据库ANNA。以此为基础,发现被子植物基因组中NLR基因的数量在病原选择压力降低时显著减少,并且这一过程中TNL基因的完全丢失反复发生,提出了“NLR基因生态适应性演化”假说。通过对TNL亚类基因在不同植物中的分布进行分析,发现TNL基因在被子植物多个分支中与其已知信号传导基因NRG1和SAG101的“共丢失”现象,并以此为指导,新发现了20个与TNL呈现不同程度共丢失的新基因;其中1个基因在TNL介导的免疫发生时呈现显著的表达上调,可能是TNL信号传导途径的新成员。在系统追溯被子植物TNL祖先谱系的基础上,检测了不同谱系对NRG1的依赖性,发现除一个TNL演化分支外,其它TNL演化分支广泛依赖于NRG1/SAG101所在通路激活HR反应。通过将TNL基因与其信号传导基因的丢失情况映射到被子植物系统发育树追溯其丢失的先后次序,发现NRG1/SAG101等信号传导基因的丢失可能促进了TNL基因在不同植物类群中的多次完全丢失。共线性分析表明,小范围的基因丢失是NRG1和SAG101丢失的主要机制。基于此,我们提出被子植物TNL基因演化丢失机制的模型:病原选择压力降低驱动基因组中的TNL基因数量减少;当病原选择压力急剧降低时,TNL信号通路基因通过小范围基因丢失的方式率先丢失,进而驱动相应物种中TNL基因的总体丢失。.综上,本项目研究结果不仅揭示了被子植物TNL基因的演化丢失机制,还架起了抗病基因的保存/丢失模式与其信号传导基因协同演化的桥梁,为深入理解植物免疫系统的演化模式提供了新的见解。
植物PTI-ETI crosstalk依赖的EDS1-PAD4-ADR1信号通路的起源及其对免疫系统演化的驱动作用研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:邵珠卿
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依托单位:
植物RPW8-NBS-LRR类抗病信号传导基因的起源、演化及功能化机制
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批准号:31400201
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:邵珠卿
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依托单位:
国内基金
海外基金