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特殊细胞壁结构调控质外体与共质体离子运输途径的分子基础和作用机制

批准号:
31930024
项目类别:
重点项目
资助金额:
297.0 万元
负责人:
晁代印
学科分类:
细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
晁代印

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
质外体和共质体途径是植物矿质元素运输的两个主要理论途径,但长期以来仅有生理学和解剖学的依据,而在分子遗传层面上缺乏证据支持。内皮层凯氏带和木栓质片层以及胞间连丝分别是控制矿质元素运输质外体途径与共质体途径的重要特殊细胞壁结构,然而不仅它们形成的分子基础存在着很多未知,而且人们对于它们之间的关系以及它们调控植物矿质元素的具体机制更是知之甚少。我们在前期研究中不仅综合利用利用离子组学、遗传学和反向遗传学鉴定了一系列的凯氏带、木栓质片层以及胞间连丝形成的突变体,并同时发现了一系列新的科学问题和深入阐明质外体途径和共质体运输的新切入点。因此,本项目拟在前期研究的基础上,综合利用分子生物学、细胞生物学、遗传学以及生理生化的研究,揭示调控植物矿质元素运输通路的特殊细胞壁结构凯氏带和木栓质片层以及胞间连丝形成的分子基础,以及它们调控矿质元素平衡的作用机制。
英文摘要
Apoplastic and symplatic pathways are two hypothesized pathways for mineral nutrient transportation. This old hypothesis mainly relies on evidences from physiological and anatomical studies, but lacks of molecular and genetic support. Endodermic Casparian strip and suberin lamella and plasmodesmata are special cell wall structures that regulate apoplastic and symplatic pathways, respecitively. However, not only the molecular basis underlying their formation remains largely unknown, the relationship between the three special structures and how they regulate ion homeostasis are also elusive. In our prophase research, we identified a series of mutants with defects in formation of Casparian strip, suberin lamella and plasmodesmata by a combined strategy of ionomics, forward genetics and reverse genetics, and also discovered a series of new scientic questions and new cut-in points to for deeply understanding apoplastic and symplastic pathways. Here we propose to uncover the molecular basis underlying the formation of these special cell wall structures and the mechanisms of them in regulation of ion homeostasis, through a series studies of molecular biology, cell biology, genetics, biochemystry and plant physiology.
植物根部内皮层细胞壁上由木质素形成的凯氏带及由木栓质形成的木栓质片层结构在调控矿物质运输和平衡方面扮演非常关键的角色。本项目充分结合分子生物学、细胞生物学、遗传学、离子组学以及单细胞离子组学等手段,对细胞壁结构在调控矿质元素吸收、运输以及稳态平衡方面进行全面的研究。研究结果首次鉴定了GAPLESS蛋白家族,发现了它们介导了凯氏带壁-膜紧密连接,开创了植物壁-膜紧密连接研究的先河,解答了植物特有紧密连接的功能和分子机制这个世纪之谜;揭开木栓质片层起源之谜,阐明了木栓质片层在种子植物崛起中的生物学意义,首次从特化细胞壁进化的角度揭示了种子植物崛起的奥秘;首次发现内皮层特异表达的引导蛋白家族(Dirigent proteins,DPs)直接参与凯氏带木质素的聚合和壁膜紧密连接,开辟了凯氏带壁-膜紧密连接形成的分子机制和功能研究的新领域。研究结果拓展了人们对凯氏带调控植物水分和矿质营养稳态的理解,并为未来通过生物技术手段创制水分和营养高效利用的作物新品种提供了重要靶点。
水稻凯氏带形成的分子基础及其调控水稻离子组的功能研究
水稻中砷含量QTL的克隆及基因功能研究
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