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拟南芥泛素连接酶AIL1调控草酸诱导植物细胞死亡的机制

批准号:
32070555
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
吕东平
学科分类:
基因表达及非编码序列调控
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕东平

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
自然界中的酸性物质,比如一些死体营养型真菌分泌的草酸以及空气污染产生的酸雨等,都能引起植物细胞死亡。然而,人们对于酸处理引起植物细胞死亡的分子机制还知之甚少。在前期研究中,我们发现一个拟南芥E3泛素连接酶基因AIL1(Acid-Induced E3 Ligase1)在植物被草酸处理后快速上调表达。进一步的研究表明,AIL1参与了对草酸处理诱发植物细胞死亡的正调控。有意思的是,草酸处理也能诱导AIL1发生磷酸化修饰。为了解析AIL1调控草酸诱导植物细胞死亡的分子机制,本项目将分析AIL1磷酸化的生物学功能,鉴定AIL1的泛素化底物,阐明AIL1对其底物的作用机制。本研究不仅会促进人们对酸处理诱导植物细胞死亡分子机制的认识,也将为通过遗传工程手段提高植物对一些死体营养型真菌的抗性提供理论基础和基因资源。
英文摘要
In the nature, acid substances, such as acid rain caused by air pollution and the phytotoxin oxalic acid (OA) secreted by a wide range of necrotrophic plant fungi, can trigger cell death in plants. However, the underlying mechanisms remain largely unknown yet. Based on our preliminary data, we found that an Arabidopsis E3 ubiquitn ligase gene AIL1 (Acid-Induced E3 Ligase1) may positively regulate OA-induced cell death in plants. Furthermore, OA treatment induces the phosphorylation of AIL1. To investigate the mechanisms underlying AIL1 functioning in the cell death induced by OA, we are planning to analyze the role of AIL1 phosphorylation, identify the substrates of AIL1, examine the ubiquitiantion of the AIL1's substrate, and elucidate the consequence of this ubiquitiantion. Our work will help to understand the underlying mechanisms of cell death indcuced by acid, and may also provide new genetic resources for molecular breeding of plants resistant to necrotrophic fungi.
一些病原真菌如核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)和灰霉菌(Botrytis cinerea)等通过分泌草酸(OA)诱发宿主发生细胞死亡,从而达到侵染植物的目的。然而人们对于草酸处理引起植物细胞死亡的分子机制还知之甚少。本项目发现了一个拟南芥E3泛素连接酶基因AIL1(Acid-Induced E3 Ligase1)在植物被草酸处理后快速上调表达。而且草酸处理也能诱导AIL1(也被称为ATL31)发生磷酸化修饰。.为了解析AIL1调控草酸诱导的植物细胞死亡的机制,本项目开展了以下研究:1)鉴定了AIL1的泛素化底物;2)解析了AIL1对底物的作用机制;3)分析了AIL1磷酸化的生物学功能。.我们首先通过IP-MS的手段鉴定了AIL1(即ATL31)的互作蛋白钙离子依赖蛋白激酶CPK28。进一步研究发现,CPK28与AIL1在细胞质膜上直接相互作用;AIL1能够直接泛素化CPK28;因此,CPK28是AIL1的底物。我们发现,在AIL1与AIL2(AIL1的同源基因,也即ATL6)的双突变体植物中,CPK28的蛋白积累高于野生植物,AIL1能够通过泛素化CPK28导致其被26S蛋白酶体降解。我们还鉴定了AIL1发生磷酸化修饰的位点,将AIL1的磷酸化位点突变为Asp(模拟磷酸化)后,其与底物CPK28的互作以及对于CPK28的降解作用明显增强;这表明,AIL1的磷酸化促进了其与CPK28的互作以及对于底物的降解。总之,AIL1正调控草酸诱导的拟南芥细胞死亡。.此外我们还发现,尽管草酸处理能够导致拟南芥出现细胞质膜的损伤,但却不能诱导植物产生DNA-fragmentation;这表明,草酸诱导的植物细胞死亡可能并不属于程序化细胞死亡这一细胞死亡类型。另外,草酸诱导的基因与核盘菌侵染诱导的基因高度重叠(72%),这表明草酸在核盘菌侵染植物过程中发挥了重要作用。.本项目的研究不仅促进了人们对于植物细胞死亡调控机制的认识,也为通过基因工程手段培育抗核盘菌植物提供了基因资源。
拟南芥MAPK3/6-MKT1在真菌毒素草酸诱导的植物细胞程序化死亡中的功能
拟南芥泛素连接酶BAR1在植物天然免疫中的功能
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