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豆科植物特有的SnRK1α4参与根瘤能量供给的机制研究

批准号:
32070272
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王涛
依托单位:
学科分类:
植物光合与固氮
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王涛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
豆科植物结瘤是一个高度耗能的过程,其能量供给机制一直未有解析。我们前期研究首次发现了豆科植物特有的新型SnRK1α亚基α4;并发现在低氮胁迫后接种根瘤菌,α4参与抑制α1/α2蛋白含量和激酶活性;还发现上游激酶SnAK能磷酸化α4并使其滞留在细胞质中。本项目拟在此基础上,进一步深入分析α4的生物学功能; 探究激酶SnAK调控α4细胞质定位的生物学意义和分子机制;从结构、竞争结合、功能发挥多角度探究α4抑制α1/α2转录后水平的分子机理;通过对snrk1α4 CRISPR-cas9突变体、过表达及野生型材料做RNA- seq高通量测定,深入分析在根瘤器官发生过程中,能量代谢途径及信号通路的变化,挖掘关键差异基因,鉴定α4参与根瘤发育能量供给的下游靶标基因,明确α4调控根瘤能量供给的机理,丰富豆科植物共生固氮的理论。
英文摘要
Legume nodulation is a process of high energy consumption. The mechanism of its energy supply has not been resolved. For the first time, our previous study found the unique new SnRK1α4 subunit in legume, and α4’s involvement in the inhibition of α1/α2 protein content and its kinase activity. After inoculating rhizobium under low nitrogen stress, we also found that the upstream kinase SnAK phosphorylate α4 and retained it in the cytoplasm. Based on the findings, we propose to further analyze the biological function of α4, and explore the biological significance and molecular mechanism of kinase SnAK in regulating the cytoplasmic localization of α4. We will probe into the molecular mechanism of the post-transcription level inhibition of α1/α2 from the perspectives of structure, competitive binding and functional performance. We will further research the changes in energy metabolism pathway and signal pathway in the process of nodulation through RNA-seq high-throughput assay of snrk1α4 CRISPR-cas9 mutants, overexpression and wild-type materials. We will also investigate the key different genes, identify the downstream target genes of α4 participated in the nodule energy supply, clarify the energy supply mechanism of α4, and enrich the theory of symbiotic nitrogen fixation in legume.
共生固氮是一种由豆科植物驱动的高耗能行为, 本质上是豆科植物和固氮根瘤菌之间碳源和氮源的交换。尽管这一行为互利于双方, 但共生固氮有效进行依赖于豆科植物可持续的碳源供应。然而, 豆科植物如何在缺氮时持续为根瘤菌提供碳源尚不清楚。本研究对真核生物能量感受器蛋白进行筛选, 鉴定了一个新型SnRK1家族成员, 将其命名为SnRK1α4。SnRK1α4特异性地存在于豆科植物中, 并且具有根瘤固氮区的高表达模式。遗传学分析表明, 截形苜蓿Mtsnrk1α4突变体在根瘤直径、根瘤生物量和固氮酶活性上都呈显著降低的趋势; 而MtSnRK1α4过表达植株的根瘤直径、根瘤生物量和固氮酶活性均显著增加, 表明MtSnRK1α4在共生固氮中发挥了重要的正向调控作用。进一步研究发现了一个新的调节MtSnRK1α活性的激酶MtDMI2, 对MtSnRK1α具有不同的磷酸化功能: 一方面磷酸化MtSnRK1α1/α2的Ser359降低它们的活性, 从而解除MtSnRK1α1/α2对合成代谢过程的抑制以确保根瘤的器官发生; 另一方面磷酸化MtSnRK1α4的Thr175促使其激活。为了深入解析MtSnRK1α4的具体功能, 使用接种根瘤菌Sm1021 21天的野生型R108和MtSnRK1α4过表达材料进行了RNA-seq转录组分析。结果表明MtSnRK1α4显著影响了共生固氮中的各类代谢过程, 如糖代谢、脂质代谢、氨基酸代谢等, 其中淀粉和蔗糖的代谢途径受到的影响最为显著。通过生物化学及分子生物学实验证明, 活化的MtSnRK1α4能磷酸化蔗糖转化酶MtINV1和苹果酸脱氢酶MtcMDH1/2, 从而加速蔗糖水解和苹果酸合成, 为根瘤菌提供持续的碳源, 最终促进豆科植物与根瘤菌的碳氮交换。DMI2-SnRK1α4-MDH模块为利用合成生物学技术建立高效固氮体提供了关键模块。
黄花苜蓿E3泛素连接酶Mf630参与内质网胁迫响应的分子机制
  • 批准号:
    31571587
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    王涛
  • 依托单位:
马铃薯Y病毒抑制植物光合作用的分子机制研究
  • 批准号:
    30830077
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    160.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    王涛
  • 依托单位:
一个新的突变基因分离技术体系的完善和苹果柱型突变基因的克隆
  • 批准号:
    30370990
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    王涛
  • 依托单位:
苹果分子连锁图谱的构建及柱型基因(Co)的定位
  • 批准号:
    39970526
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    1999
  • 负责人:
    王涛
  • 依托单位:
国内基金
海外基金