课题基金 / 基金详情

苜蓿PR10蛋白调控根瘤共生中防御反应的分子机制研究

批准号:
32070273
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱辉
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:
朱辉

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
植物自身防御反应是调控植物与不同微生物互作的关键。根瘤菌—豆科植物的共生固氮是菌植互作研究中的范例,根瘤菌的入侵、定殖以及根瘤发育等都受到宿主防御反应的严格调控。申请者前期研究在苜蓿中克隆了一个基因NAD1,该基因缺失突变体表现为根瘤防御反应过度激活,根瘤坏死和固氮活性丧失。我们发现免疫应答家族基因PR10在苜蓿nad1突变体根瘤中高度表达,在nad1突变体中转基因敲除PR10基因后,根瘤中免疫反应显著降低,根瘤恢复固氮能力。多数PR10蛋白具有核酸酶活性,这暗示PR10可能通过对核酸的降解调控根瘤中的防御反应。本申请拟通过遗传学、生物化学和分子生物学等手段研究PR10介导根瘤防御反应的分子机制,揭示PR10基因表达机制,鉴定和分析PR10下游靶标,从分子水平解析核酸降解途径参与调控共生固氮的作用机制,揭示豆科植物如何耐受根瘤菌在植物细胞内入侵、定殖、分化、固氮且不产生防御反应的机理。
英文摘要
The defense response of plant is the key to regulating the interaction betweenplants and microorganisms. The symbiotic nitrogen fixation of Rhizobium-legumes isan example in the study of bacterial interaction with host. The invasion,colonization and nodule development of Rhizobium are strictly regulated by host defense responses. In the previous study, our group cloned a gene NAD1, which showed excessive activation of nodule defense, loss of nodule necrosis and nitrogen fixation activity. We found that the immune response family gene PR10 is highly expressed in the Medicago truncatula nad1 nodule. After knockout of the PR10 gene in the nad1, the immune response in the nodule is significantly reduced, and the nodule restores nitrogen fixation capacity. Most PR10 proteins have nuclease activity, suggesting that PR10 may regulate defense responses in nodules by degrading nucleic acids. This application intends to study the molecular mechanism of PR10-mediated nodule defense response through genetics, biochemistry and molecular biology, reveal the mechanism of PR10 gene expression, identify and analyze the target of PR10 downstream, and analyze the nucleic acid degradation pathway at the molecular level to participate in the regulation of symbiotic nitrogen fixation. The mechanism of action reveals how the leguminous plants tolerate the mechanism of rhizobial invasion, colonization, differentiation, nitrogen fixation and no defense response in plant cells.
空气中含有约80%的氮气,然而氮气并不能为高等动、植物所直接利用,只有固氮微生物才具有将氮气固定为氨的能力,供植物吸收和利用。在自然界中,豆科植物与根瘤菌共生固氮作用是植物获取氮素最经济、最有效的固氮体系,在全球氮素的循环和人类的农业生产中都具有十分重要的意义。根瘤菌在入侵过程中会激发植物的免疫防御反应,免疫与共生的平衡是共生体系成功建立的关键。课题组前期筛选到的nad1突变体是我们研究相关免疫基因的良好遗传材料,NAD1的缺失会导致根瘤中免疫防御过度激活,而PR10在nad1突变体中表达显著上调,但它在根瘤免疫反应中行使的功能、所具有的核酸酶活性是否参与共生与免疫反应的平衡协调等具体机制还有待研究。我们在已有研究基础上对MtPR10调控根瘤中免疫和共生的分子机制进行了系统而深入的研究。四年来,通过转录组分析、共生表型检测、组织化学定位、RT-PCR、酵母双杂交、CRISPR-Cas9等技术,我们深入解析了蒺藜苜蓿共生固氮过程中PR10的基因功能;鉴定了PR10的核酸酶酶活性及关键酶活位点,并寻找了其潜在的酶反应的下游底物;预测、筛选及验证了PR10启动子的表达调控元件。揭示PR10基因表达机制,鉴定和分析PR10下游靶标,从分子水平解析PR10参与调控共生固氮的作用机制,揭示豆科植物如何耐受根瘤菌在植物细胞内入侵、定殖、分化、固氮同时避免产生防御反应的机理,完善和丰富了豆科植物根瘤响应共生的防御反应途径调控网络,为提高豆科作物共生固氮效率提供了重要的理论依据。
网格蛋白介导的受体内吞在百脉根结瘤因子信号传递中的生物学功能和作用机制研究
  • 批准号:
    31770265
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    朱辉
  • 依托单位:
百脉根SIP1转录因子在共生信号转导中调控及生物学功能研究
  • 批准号:
    30900096
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    朱辉
  • 依托单位:
国内基金
海外基金