茶树CsGS1.1和CsDof5调控成熟叶贮藏氮素循环再利用的分子机制
批准号:
32072627
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘美雅
依托单位:
学科分类:
茶学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘美雅
中文摘要
茶园化学氮肥减施和茶叶品质调控是我国茶业发展的重大科技需求;而贮藏氮素循环再利用的关键调控因子挖掘与机制解析将有助于提高茶树氮素利用率,减少氮肥施用。基于申请人前期发现胞质型谷氨酰胺合成酶编码基因CsGS1.1和转录因子CsDof5在茶树成熟叶贮藏氮素循环再利用中的响应规律和潜在功能,本项目拟以前期筛选获得的三个氮素再利用率差异显著的茶树品种为材料,通过基因表达模式分析、抗体免疫染色细胞学定位、超量表达和突变体回复等手段系统解析CsGS1.1和CsDof5参与成熟叶贮藏氮素再利用的生物学功能;通过酵母单杂交、凝胶阻滞迁移等验证CsDof5是否与CsGS1.1启动子结合,进而调控贮藏氮素再利用;同时挖掘其他参与氮素再利用的CsGS1.1上游调控因子。项目实施将阐明茶树新梢发育过程成熟叶贮藏氮素循环再利用的分子机制,为提高茶树氮素利用率、实现化肥减施与提质增效、促进茶业绿色发展提供理论支撑。
英文摘要
The reduced application of N fertilizer in tea plantation and improvement of tea quality is an important scientific demand for tea production. Exploring the functional roles of genes regulating N remobilization will help to increase the N use efficiency of tea plant and reduce the application of N fertilizer. Previously, we found the potential roles of cytosolic glutamine synthetase gene CsGS1.1 and transcription factor CsDof5 in the remobilization of N from mature leaves to new shoots; and selected three tea cultivars which have significant different N remobilization efficiency by 15N tracing method. In this project, we will confirm the expression patterns of CsGS1.1 and CsDof5 both in mature leaves and new shoots during the sprouting of new shoots in these three tea cultivars. Cellular localization of CsGS1.1 and CsDof5, and over-expression and complementation in planta will suggest their functional roles. Then, yeast one hybrid assay (Y1H), electrophoretic mobility shift assay (EMSA), and ChIP-qPCR will be used to investigate the role of CsGS1.1 in N remobilization regulated by CsDof5 through its binding in CsGS1.1 promoter. Meanwhile, this project will also explore other potential upstream regulators of CsGS1.1 in N remobilization. The expected results from this project will unravel the molecular mechanism of CsGS1.1 and CsDof5 regulating the remobilization of storage nitrogen in mature leaves of tea plant. And also help to increase the N use efficiency in tea plant, reduce the application of fertilizer and improve the tea quality, promote the sustainable development of tea production.
茶树成熟叶贮藏氮素的再利用是春茶清明前品质优于清明后的重要原因。春茶新梢萌发时70%左右的营养来自茶树体内的贮藏养分,30%左右由土壤速效养分供应。在早春新梢萌发时,茶园土壤温度相对较低,根系对肥料的吸收能力较弱。因此,提高茶树成熟叶中贮藏氮素的再利用是调控春茶新梢产量、品质和促进茶园绿色发展的有效手段;但有关茶树成熟叶贮藏氮素再利用的生理及分子机制尚不清楚。本项目通过15N稳定同位素示踪明确了茶树成熟叶贮藏氮素的运移规律,即超过80%回收的15N被分配在休眠芽对应的第一片成熟叶中。不同茶树品种间,成熟叶贮藏氮向新梢的再分配效率(NRE)存在显著差异。一定施肥水平内,氮肥施用量与NRE显著正相关。基于加权基因共表达网络分析发现,包括谷氨酰胺合成酶基因CsGSs在内的谷氨酸代谢相关基因从调节氮再分配的交互网络中被解析出来。基因表达模式和CsGS1.1在细胞质和维管组织中的定位预示着其在氮再分配中的潜在作用。过表达CsGS1.1拟南芥株系中,从源(第一轮莲座叶)到库(种子)的氮再分配增强。基于茶树全基因组分析鉴定了41个CsDofs家族成员并将CsDof5重新命名为CsDof16,同时证实CsDof16可直接结合于CsGS1.1启动子的-526到-426区域,从而激活其转录并调节氮的再分配。本项目的实施阐明了茶树新梢发育过程成熟叶贮藏氮素循环再利用的分子机制,为提高茶树氮素利用率、实现化肥减施与提质增效、促进茶业绿色发展提供理论支撑。已在Plant Physiology、Scientia Horticulturae等国际期刊发表SCI论文6篇,在植物营养与肥料学报发表论文1篇,申报发明专利1项,培养博士生1人、硕士生2人。
谷氨酸脱氢酶基因CsGDH1参与茶树氮素利用的转录调控机制研究
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批准号:32372773
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:刘美雅
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依托单位:
质体型谷氨酰胺合成酶基因CsGS2调控茶树氮素利用的分子机制
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批准号:LY21C150005
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:刘美雅
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依托单位:
GS1基因家族成员在茶树铵、硝偏性利用中的功能解析
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批准号:31700614
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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负责人:刘美雅
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依托单位:
国内基金
海外基金