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ANAC032调控拟南芥应答镁毒害的分子机制研究

批准号:
32070314
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
徐进
依托单位:
学科分类:
植物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐进

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
世界分布较广的蛇纹石土壤中存在过量的镁,抑制植物生长发育。ABA信号途径参与调控植物对镁毒害响应,但其分子机制尚不清楚。前期我们鉴定出一个ABI5互作蛋白ANAC032。与野生型相比,abi5和anac032突变体对镁毒害敏感性提高,而过表达ANAC032或ABI5拟南芥植株表现出相反的表型。ANAC032表达受镁毒害诱导。在此基础上,本项目拟通过生理生化和代谢组分析等手段,分析ANAC032或ABI5过表达和突变体植株在镁毒害条件下,根和叶中矿质元素及代谢物含量变化;采用转录组学和ChIP-seq方法鉴定ANAC032参与调控矿质元素累积、根系发育和镁毒害响应的下游靶基因,并通过ChIP-qPCR、Y1H、EMSA和瞬时表达等实验进一步确认;同时采用遗传学和分子生物学方法,分析ANAC032与ABI5互作在调控响应镁毒害中的生物学功能。本研究使我们更深入理解植物应答镁毒害的分子调控网络。
英文摘要
In serpentine soils, which are widely distributed in the world, there are serious magnesium (Mg) toxicity, which inhibits plant growth and development. ABA signaling pathway is involved in the regulation of plant response to Mg toxicity. However, the molecular mechanisms underlying ABA-mediated Mg toxicity response remain largely unclear. We identified a ABI5-interacting protein SNAC-A type transcriptional factor ANAC032 using yeast two-hybrid (Y2H) assay. Our previous study showed that overexpression of ANAC032 (OX32) or ABI5 (ABI5OX) improves Mg toxicity tolerance in Arabidopsis compared with Col-0 plants; while loss of function anac032 or abi5 mutants showed the opposite phenotypes. Quantitative real time polymerase chain reaction (qRT-PCR) analysis indicated that the expression of ANAC032 is induced by Mg toxicity. This project will investigate the contents and distribution of mineral elements and metabolic profiling in roots and leaves of Col-0, OX32, anac032, ABI5OX and abi5 plants under normal or Mg toxicity conditions using physiological and metabonomics analysis; identify the downstreamed target genes of ANAC032 that involved in modulating the uptake, transport and accumulation of mineral elements, root system development and stress responses to Mg toxicity using transcriptome combination with chromatin immunoprecipitation (ChIP)-seq analysis; and further confirm these downstreamed target genes using yeast one-hybrid (Y1H), ChIP-qPCR, electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and transient dual-luciferase reporter assay. Using genetic and molecular biological methods, we will further clarify the biological function of ANAC032-ABI5 interaction and the molecular regulatory pathway of ANAC032 in responses to Mg toxicity in plants. This study is helpful for better understanding of the molecular regulatory network of plants in response to the mineral element toxicity.
世界分布较广的蛇纹石土壤中存在过量的镁,减少了作物的产量与品质。然而,植物对镁毒害响应的分子机制尚不清楚。在本项目研究中,我们揭示了镁毒害通过诱导拟南芥根尖细胞死亡来抑制主根生长;XIPOTL1(XPL1)参与了镁毒害介导的根尖细胞死亡。镁毒害抑制XPL1表达,最终导致根尖细胞死亡。随后,我们发现ANAC032通过直接结合XPL1启动子调控XPL1基因表达,从而调节根可塑性发育以应对镁毒害。ANAC032与ABI5相互作用。与野生型Col-0(WT)相比,OX32和ABI5OX植株均表现出更高的镁毒害耐受性,而anac032或abi5突变体表现出相反的表型。然而,OX32 ABI5OX双突变植株没有表现出表型,详细原因还需进一步研究。本研究揭示了ANAC032-XPL1模块调节植物镁毒害耐受的调节机制,有助于阐明植物胁迫介导的根系发育可塑性。有趣的是,我们发现OX32和anac032突变体植株都比WT积累了更多镁,这表明ANAC032不能直接调节植物对镁的吸收和积累。然而,与WT相比,OX32根部镍含量显著降低,但ANAC032突变体根部镍含量较高。叶片则表现出相反的趋势。这表明ANAC032在调节植物镍积累中发挥重要作用。镍是一种重要的微量元素,但过量镍对植物有毒。本项目研究结果表明ANAC032是调节镍毒害响应的关键调节基因。ANAC032通过直接调控IREG2表达,影响了根部镍累积。ANAC032还通过直接调控YUC7/8/9表达,诱导根尖过渡区的局部生长素生物合成,导致根尖生长素信号传导的局部增强,特别是在镍毒性下,从而抑制PR生长。通过分析ANAC032和ireg2,以及yuc7/8/9三突变体的各种杂交组合,进一步明确了ANAC032在调节镍毒害耐受性中的功能。这些结果表明,ANAC032协调了根部的镍分区和发育可塑性,从而调节镍毒害响应。此外,ANAC032和其在番茄中的同源基因SINAM1均可与MYB75/PAP1相互作用。SlNAM1通过与SlMYB75相互作用抑制花青素积累。拟南芥pap1-D突变体中过表达SlNAM1抑制了花青素积累。pap1-D OX32双突变体表型分析表明,ANAC032过表达抑制了花青素积累。这些结果表明,ANAC032和SlNAM1是植物花青素合成的负调控因子。
B-ARR基因ORR26参与调控番茄硼营养的分子机制研究
  • 批准号:
    32472832
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    徐进
  • 依托单位:
托鲁巴姆重金属转运蛋白StZIP5和StZIP11基因调控植物对Cd累积的功能研究
  • 批准号:
    31772383
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    徐进
  • 依托单位:
国内基金
海外基金