蛋白激酶PPCK-like通过调控PPC3提高葡萄碱性盐抗性的机理研究
批准号:
32072537
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
姚玉新
依托单位:
学科分类:
果树生长发育
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
姚玉新
中文摘要
针对土壤碱性盐危害严重但缺乏抗碱性盐砧木的实际需求,围绕根系有机酸合成及分泌是抗碱性盐的基本途径这一科学问题,依托葡萄根系主要合成草酸及PPCK-like和PPC3的初步功能鉴定等前期研究结果,本项目重点开展以下研究:(1)鉴定PPCK-like的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶功能,阐明其在碱性盐胁迫下能调控根系草酸合成、提高碱性盐抗性;(2)阐明PPC3提高根系草酸合成和碱性盐抗性的功能,鉴定其关键磷酸化位点,明确磷酸化修饰与其酶活性的关系;(3)解析PPCK-like调控途径,即阐明PPCK-like磷酸化PPC3蛋白,提高PPC3活性,促进草酸合成,并评价PPC3在该途径中的贡献。预期研究结果将揭示一条以“PPCK-like–PPC3–草酸合成”为主线的抗碱性盐分子途径,丰富根系中有机酸参与的碱性盐抗性机制,也有助于草酸合成调控在葡萄抗碱性盐砧木分子育种上的应用。
英文摘要
Alkaline salt causes serious harm to crops, however the rootstocks tolerant to alkalinity are absent. Biosynthesis and secretion of organic acids is a fundamental way to resist alkaline stress. Additionally, oxalate was indicated to be the primary organic acid in grapevine roots and the preliminary experiments about function identification of PPCK-like and PPC3 were performed in our previous studies. Based on the above research background, the primary studies of this project will be focused on the following aspects: (1) The function of PPCK-like as a Ser/Thr protein kinase will be identified, and its role in regulating oxalate biosynthesis and tolerance to alkaline stress will be elucidated. (2) The role of PPC3 in increasing oxalate biosynthesis and alkaline stress tolerance will be disclosed; additionally, the key phosphorylation site of PPC3 will be identified; moreover, the association between phosphorylation level and enzyme activity of PPC3 will be elucidated. (3) The regulatory pathway of PPCK-like will be unraveled, i.e., PPCK-like enhances oxalate synthesis via increasing PPC3 phosphorylation level and enzyme activity; additionally, the contribution of PPC3 in the PPCK-like–mediated pathway will be evaluated. Collectively, the expected results will disclose the molecular pathway of “PPCK-like−PPC3-oxalate synthesis” that is related to alkaline stress tolerance, enrich the studies related to organic acid-mediated alkaline salt tolerance, and favor the application of oxalate synthesis regulation in molecular breeding of grapevine rootstocks with high tolerance to alkaline salt.
我国盐碱地面积大,已成为重要战略储备用地。碱性盐比中性盐危害更严重,产生渗透、离子毒害和高pH三重胁迫,揭示抗碱性盐机制具有重要理论和现实意义。本项目主要研究内容及结果包括:(1)PPCK-like酶学特性及抗碱性盐功能鉴定。PPCK-like蛋白以OAA或PEP为底物的催化能力非常弱,主要行使激酶功能。PPCK-like过量表达能提高转基因葡萄株系的PPC活性、草酸含量和碱性盐抗性。在葡萄愈伤组织中,PPCK-like敲除显著降低了PPC活性、草酸合成和分泌及碱性盐抗性。以上结果表明,PPCK-like通过调控PPC活性促进草酸合成和碱性盐抗性。(2)PPC3酶活性调节机制及抗碱性盐功能鉴定。PPC3蛋白磷酸化水平受碱性盐诱导,PPC3磷酸化水平、PPC活性及草酸合成水平具有相关性。在葡萄根系、愈伤组织和拟南芥中,PPC3过量表达显著提高了PPC活性、草酸合成与分泌及碱性盐抗性;并且,PPC3对草酸合成的促进作用依赖于碱性盐环境。将PPC3氮端第11个Ser(Ser11)突变后,突变序列过量表达不能提高各种转基因材料的PPC活性及碱性盐抗性,表明该位点是控制PPC3活性和功能的关键位点。(3)PPCK-like调控途径解析。Y2H、Pull-down和dual-LUC实验表明PPCK-like与PPC3蛋白互作,且PPCK-like磷酸化PPC3的Ser11位点。在葡萄愈伤组织中,与PPCK-like和PPC3单基因过量表达相比,二者共同过量表达显著提高了草酸合成、分泌及碱性盐抗性;PPCK-like过量表达的同时敲除PPC3则显著降低了PPCK-like的功能,表明PPCK-like通过PPC3行使功能。总之,本项目揭示了一条“PPCK-like磷酸化PPC3蛋白,提高PPC3活性,促进草酸合成”的碱性盐抗性途径,创新了葡萄碱性盐抗性机制,理论价值突出;同时,为葡萄抗盐碱分子育种提供了重要靶基因。
葡萄VvSERK1通过调控根系泌酸提高碱性盐抗性的分子机制
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批准号:31872068
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:姚玉新
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依托单位:
新基因Mal-DDNA调控苹果果实酸度的功能鉴定
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批准号:30700549
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2007
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负责人:姚玉新
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依托单位:
国内基金
海外基金