课题基金 / 基金详情

玉米ZmNLS1介导的内质网相关的蛋白降解调控植株生长发育的分子机制研究

批准号:
32072070
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李坤朋
依托单位:
学科分类:
作物基因组及遗传学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李坤朋

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
玉米内质网相关的蛋白降解(ERAD)系统的组分及其在生长发育中的作用尚不清楚。利用植株发育突变体nls1,我们克隆了ZmNLS1,它编码玉米membralin蛋白。前期研究显示,ZmNLS1可能是ERAD系统的组分,其突变诱发了nls1的细胞程序化死亡(PCD)。本研究旨在揭示ZmNLS1在玉米生长发育中的作用及其调控机制,包括:1)构建敲除、抑制和过表达转基因系,检测植株表型,明确其在生长发育中的作用;2)进一步检测ZmNLS1与ERAD组分的互作,及其突变对ERAD能力的影响,明确它是否作为ERAD组分参与蛋白稳态的维持;3)检测nls1中非折叠蛋白反应(UPR)是否被激活,明确ZmNLS1突变是否诱发了持续的内质网胁迫;4)上述结果结合已完成的RNA-seq和表型数据等,解析ZmNLS1突变诱发的UPR信号调控PCD的可能途径,揭示ZmNLS1突变导致植株矮小、叶片显著变窄的本质。
英文摘要
The components of the maize endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD) system and its role in growth and development are unclear. Using the plant development mutant nls1, we cloned ZmNLS1, which encodes the maize membralin protein. Our previous results suggested that ZmNLS1 may be a component of ERAD system and its mutation lead to programmed cell death (PCD) of the mutant nls1. The purpose of this study is to reveal the role and regulatory mechanism of ZmNLS1 in maize growth and development, including: 1) construction of knockout, suppression and overexpression transgenic lines, testing plant phenotypes, and clarifying its role in growth and development; 2) further test the interaction between ZmNLS1 and ERAD components and the effect of its mutation on ERAD ability to determine whether it is involved in the maintenance of protein homeostasis as an ERAD component; 3) determine whether ZmNLS1 mutation causes continuous endoplasmic reticulum stress by detecting whether the unfolded protein response (UPR) is activated in the mutant nls1; 4) combining the above results with the completed RNA-seq and phenotype data to reveal possible pathways for the regulation of PCD by UPR signals caused by ZmNLS1 mutation, revealing the nature of ZmNLS1 mutation leading to short plants and narrow leaves.
内质网相关的降解(endoplasmic reticulum–associated degradation,ERAD)通过清除错误折叠或未折叠蛋白,以及某些特定蛋白,维持蛋白稳态,在植物环境适应和生长发育中发挥关键作用。然而,到目前为止未见ERAD途径调控玉米植株发育的相关研究。发掘玉米ERAD关键组分,解析其生物学功能及其调控机制,有望为玉米分子设计育种提供新思路。最近,在哺乳动物中Ring Finger Protein 185 (RNF185)/membralin泛素连接酶复合体被鉴定为一个新的ERAD分支,对神经元功能至关重要,但该ERAD分支在植物中是否存在并发挥功能尚不清楚。本研究利用玉米植株发育突变体Narrow Leaf and Dwarfism 1 (nld1)为材料构建了遗传群体,定位并克隆了NLD1。NLD1编码内质网膜定位蛋白membralin,特异性与RNF185在玉米中的同源蛋白和相关组分互作。突变体nld1由于细胞数目的缩减表现出叶片和根系发育缺陷。在nld1中表达来自拟南芥和小鼠的membralin基因,其发育缺陷得到了很大程度的恢复,表明membralin蛋白在动植物中的保守作用。甾醇合成限速酶β-hydroxy β-methylglutaryl-CoA reductase (HMGR)在nld1中过量累积,表明该酶受membralin介导的ERAD途径调控。突变体nld1中bZIP60 mRNA剪接相关的未折叠蛋白反应(UPR)信号和marker基因表达的激活,以及DNA片段化和细胞活力的测定,表明membralin功能缺失诱发了内质网胁迫和细胞死亡,从而影响器官的发生。本研究揭示了membralin介导的ERAD分支在植物中的保守性和重要性。此外,我们发现NLD1调控玉米植株形态,并且存在基因剂量依赖性,有望作为基因工程塑造玉米“理想株型”的分子靶点,为耐密、高产玉米分子育种提供理论支撑和基因资源。
玉米核孔蛋白ZmMOS7/Nup88通过参与有丝分裂和胞质分裂调控早期胚乳发育的分子机制研究
  • 批准号:
    32372113
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    李坤朋
  • 依托单位:
玉米根系应答低磷营养胁迫的磷酸化蛋白质组学分析
  • 批准号:
    30900260
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    李坤朋
  • 依托单位:
国内基金
海外基金