MATE蛋白介导辣椒素液泡跨膜转运和积累的分子机制解析
批准号:
32070331
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
陈长明
依托单位:
学科分类:
水分和营养物质的运输与代谢
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈长明
中文摘要
辣椒素是辣椒中特有的一种生物碱类辣味物质,是其果实品质标志性状。辣椒素只在果实胎座细胞的细胞质中合成,却在液泡中大量积累;辣椒素由细胞质向液泡的跨膜转运是其转运、积累的第一步,是消除产物反馈抑制,促进辣椒素生物合成和积累的关键环节。MATE蛋白是多种生物碱跨膜转运的转运子,但其在辣椒素转运中的功能还未见报道,辣椒素跨膜转运过程及相关分子机理的研究尚属空白。课题组前期研究发现2个MATE蛋白能在体外跨膜转运辣椒素,其表达抑制能显著降低胎座辣椒素的含量,说明MATE可能是辣椒素跨膜的关键转运子。本项目将通过辣椒素分子荧光示踪技术进一步厘清辣椒素在胎座细胞内的转移轨迹;采用爪蟾卵母细胞系统分析MATE转运辣椒素的特性;利用CRISPR/Cas9等技术鉴定MATE基因功能。解析MATE蛋白介导辣椒素跨膜转运的分子机制及其与辣椒素生物合成之间的互作关系,为辣椒素积累调控及辣椒品质改良提供理论依据。
英文摘要
Capsaicin is an alkaloid spice only produced in capsicum plants, and is also an important quality character of Capsicum fruit. Capsaicin is only synthesized in the cytoplasm of fruit placenta cells, but accumulated in vacuoles. The transmembrane transport of capsaicin from cytoplasm to vacuoles is the first step of capsaicin transport and accumulation, and is the key link to promote the process of biosynthesis and accumulation of capsaicin, while eliminating inhibition of product feedback. MATE proteins are the transporter of many alkaloids transported across the membrane, but its function in capsaicin transport was never reported. The process of capsaicin transmembrane transport and related molecular mechanism remain unknown. In the present project, two MATEs were found to be able to transport capsaicin across the membrane in vitro, and the inhibition of their expression can significantly reduce the capsaicin content of placenta, indicating that these MATEs may be the key capsaicin transporter across membrane in Capsicum plants. This project will further clarify the transfer traces of capsaicin in placenta cells by capsaicin fluorescence tracing technology, analyze the characteristics of MATEs in capsaicin transport by Xenopus oocyte system, and identify the function of MATE genes by CRISPR/cas9 and other technologies. The aim of this project is to elucidate the molecular mechanism of MATE proteins in capsaicin transmembrane transport and the interaction between vacuole transport and biosynthesis of capsaicin. The results from this project will provide theoretical basis for the generation of pepper cultivars with expected fruit pungency levels by genetic engineering and breeding.
辣椒(Capsicum spp.)是世界上种植最广泛的蔬菜之一,也是重要的调味料作物。辣椒素是辣椒中特有的一种生物碱类辣味物质,是其果实品质标志性状。本项目首次组装了辣椒高质量染色体级别的三代拼接参考基因组,并通过整合高分辨率Hi-C图谱与表观组、转录组以及遗传变异数据,探索了其三维基因组结构的基本特征以及与基因组功能和进化的关系。以此高质量基因组为基础,对辣椒MATE家族成员进行了鉴定,共获得79个MATE基因,其中CaMATE10、CaMATE16和CaMATE56可能与辣椒素的转运关系密切。利用VIGS技术分别沉默CaMATE10、CaMATE16和CaMATE56,结果表明,CaMATE10和CaMATE16沉默植株胎座辣椒素含量显著升高。在烟草中瞬时过表达该基因后,浸泡辣椒素溶液,显示过表达叶片中辣椒素含量降低,说明CaMATE可能具有辣椒素外排功能。为了提高辣椒的遗传转化效率,项目组对GRF和GIF家族分析,将CaGRF5和CaGIF3融合,在辣椒中进行过表达实验,与对照相比,CaGRF5-CaGIF3融合蛋白可以促进辣椒外植体的分化,提高再生率,为辣椒遗传转化提供了良好的基础。另外,项目组测定了不同发育时期的辣椒素含量,发现辣椒素在隔膜中的含量远高于胎座,并且随着果实发育具有逐渐向下积累趋势。对辣椒果实各组织部位进行了转录组测序,分析发现多个在隔膜特异表达的转运基因,包括MATE、ABC和VAMP等多个转运家族成员,表明除了MATE家族以外的其他转运蛋白也可能参与辣椒素转运。对ABC家族成员进行了鉴定并结合转录组分析,得到三个ABC候选基因,并对这三个ABC基因进行了初步的功能鉴定,为继续深入研究辣椒素转运的分子基础奠定了基础。研究结果为辣椒素积累调控及辣椒品质改良提供了科学依据和参考。
辣椒素跨膜转运相关基因ABCG的筛选和功能鉴定
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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:15.0万元
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批准年份:2024
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负责人:陈长明
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依托单位:
转录因子BocMYB28调控芥蓝萝卜硫苷生物合成的分子网络解析
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批准号:2020A151501388
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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:2020
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负责人:陈长明
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依托单位:
芥蓝BaODD在2-羟基-3-丁烯基硫苷生物合成中的功能研究
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批准号:31401874
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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:2014
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负责人:陈长明
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依托单位:
国内基金
海外基金