转运蛋白运输辅助因子PvATF1在蜈蚣草砷高效吸收中的功能和调控研究
批准号:
42077107
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
曹越
依托单位:
学科分类:
环境土壤学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹越
中文摘要
砷超富集植物蜈蚣草具有极强的砷吸收、富集能力,被广泛应用于砷污染土壤的植物修复。蜈蚣草中的磷转运蛋白PvPht1具有很强的砷酸盐[As(V)]吸收能力,然而其发挥功能所需的辅助因子及调控机制并不清楚。本项目以蜈蚣草PvPht1的运输辅助因子PvATF1为研究对象,采用原位杂交、GFP融合蛋白等技术手段,明确PvATF1在蜈蚣草中的组织定位和亚细胞定位特征;通过酵母双杂交、半体外Pull-down等互作系统鉴定PvATF1与PvPht1蛋白的结合特征;构建蜈蚣草配子体沉默材料,研究PvATF1在PvPht1靶向定位过程中的作用及在蜈蚣草As(V)吸收中的功能;利用酵母单杂交、LUC-REN体系,筛选、鉴定PvATF1上游转录因子对其的转录调控。研究结果将阐明PvATF1在蜈蚣草高效吸收As(V)过程中的功能与调控机制,为利用基因工程手段提高砷污染土壤的植物修复效率提供重要的基因资源。
英文摘要
Pteris vittata, the arsenic hyperaccumulator, has a very strong ability to absorb and accumulate the arsenic, which is widely used in phytoremediation of arsenic-contaminated soil. Members of phosphate transporter Pht1 in Pteris vittata have strong As(V) transport ability, while the regulation pathway of As(V) absorption was unclear. In this proposal, focusing on PvATF1 (Arsenate Transport Facilitator 1), we will analyze its tissue-specific expression pattern and subcellular localization, using in situ hybridization and GFP fusion protein; verify the binding characteristics between PvATF1 and PvPht1 via yeast double hybrid system and Pull-down assay; identify its function involved in trafficking process of PvPht1 and AsV uptake by using Pteris vittata gametocyte PvATF1 knock down lines; employ yeast one hybrid assay and LUC-REN system to screen and identify the transcription factor on the upstream of PvATF1. Combing the above studies,the function and regulation mechanism of PvATF1 in efficient AsV uptake by Pteris vittata will be clarified. And this study will provide a new molecular approach to improve the efficiency of phytoremediation of As contaminated soil.
砷(As)污染是全球广泛面临的环境问题,而蜈蚣草具有极强的As超富集能力,因此在As污染土壤的植物修复中广泛应用。近年来,蜈蚣草As超富集过程中的转运蛋白已有较多报道,但其As高效吸收、富集过程上游的关键调控基因未见报道,As高效转运的分子调控网络研究仍是空白。项目聚焦于模式植物砷磷转运蛋白靶向定位的辅助因子PHF在蜈蚣草中的同源基因ATF1,对其功能及在砷超富集过程中的作用进行研究。在拟南芥phf1突变体中表达ATF1基因,ATF1转化株回补了突变体的砷磷吸收能力,说明ATF1在植物体内具有介导Pht蛋白靶向定位到细胞膜的能力。利用酵母双杂系统,我们鉴定了ATF与不同蜈蚣草Pht成员的互作方式。结果发现ATF与Pht1;5能够直接结合,并不受到Pht1;5磷酸化调控,而磷酸化调控导致二者的结合受阻是模式植物中砷暴露条件下负调控砷吸收的关键步骤之一。为研究ATF1及砷富集相关基因的原位功能,创新性地开发蜈蚣草根尖原生质体制备方法,构建了单细胞转录组数据库,通过激光显微切割完成了根系大部分的细胞类型注释。在单细胞水平,ATF1及与其互作的Pht1;5均特异性在表皮细胞类型中表达,并且二者具有明显的共现性特征。ATF1-Pht1;5均特异定位在表皮,说明ATF1-Pht1;5分子模块极可能是蜈蚣草根系负责从土壤中吸收砷的注意途径。Pht1;5磷酸化与均能够与ATF1结合,并且PvATF1 砷暴露调控下表达增强,说明ATF1与Pht1;5的稳定结合保障了砷超富集植物持续高效吸收砷。这一与模式植物完全不同的调控方式可能是蜈蚣草具有砷高效吸收能力的关键调控机制之一。除了Pht1砷磷转运蛋白基因,通过与非富集蕨的比较转录组研究,我们发现蜈蚣草中一类新的砷磷转运蛋白PTB,这一类蛋白无法与ATF结合,是一类新的砷磷转运蛋白。通过对其转运能力和单细胞类型表达特异性鉴定,我们发现PTB蛋白是维持蜈蚣草根系独特磷循环的关键基因。本研究通过对ATF1基因功能鉴定及其对砷磷转运蛋白调控模式的研究,发现了蜈蚣草具有Pht1-PTB双砷磷吸收途径,并且在砷暴露条件下通过ATF1表达增强维持砷的高效持续吸收。这一调控过程的发现,为蜈蚣草砷超富集的分子机制的认识提供新的认识。
水稻磷转运蛋白OsPT10在AsV吸收转运过程中的功能研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2021
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负责人:曹越
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依托单位:
高亲和磷酸盐转运蛋白在蜈蚣草砷污染植物修复中的功能研究
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批准号:41807118
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2018
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负责人:曹越
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依托单位:
国内基金
海外基金