高光效转C4光合基因水稻SnRK调节糖分流增强耐旱性的机制解析

基本信息
批准号:31571585
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:李霞
学科分类:
依托单位:江苏省农业科学院
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:魏晓东,周丽慧,李文奇,刘小龙,霍垲,柯希欢,唐玉婷,何亚飞,张琛
关键词:
水稻C4光合基因蔗糖非发酵蛋白激酶干旱同化物分配
结项摘要

The international efforts are underway to engineer C4 photosynthesis into C3 crops, which would be one of the most important and novel scientific strategies for the next green revolution challenge. The international research was conducted to reveal the regulatory mechanisms underlying C4 photosynthesis at both whole-genome and individual gene duplication levels using the next generation sequencing, phylogenetic analysis and mathematical models. In order to apply ‘C4 rice’ to super-high-yield breeding as soon as possible, the domestic scientists created a lot of useful lines by transferring some key C4 photosynthetic genes into C3 crops, which could give these C3 crops higher photosynthetic ability and stronger stress tolerances. However, the assimilate mechanisms underlying C4 photosynthetic pathway in transgenic plants were still very indeterminate, which limited the further applications of these ‘C4 rice’ in super-high-yield breeding. .This project intends to elucidate the mechanism of the photosynthesis in C4 gene transgenic rice plant which conducts assimilating process by SnRK. Using the transgenic C4 rice in which the photosynthetic genes were highly expressed as materials and aiming at the scientific topic of sugar transportation and distribution, firstly an analysis and identification of the specific SnRK gene under drought and sugar starvation were conducted to verify their molecular functions as the bridges between external factor of drought and PA on plasma membrane. Furthermore, the signal integrations in C4-pepc promoter response of both hexokinase signal and drought stress signal transductions were identified on the basis of publicly available sets of RNA-Seq data. Then, through the method of epigenetics, the molecular mechanisms of how SnRK kinase mediated transmembrane PA participating in the specific regulatory regions of C4-pepc and enzyme activations were studied further. Finally, combining with isotope tracer, fluorescence and metabonomic methods, sugar mechanisms by the model of CO2 signal-SNRK-C4-PEPC activation were studied, which would draw the picture of how SnRK participating in the sugar metabolism by increasing both the photosynthetic efficiency and drought tolerance in transgenic rice plants with high expression level of C4-gene. .This project will contribute to further and deeper understandings about the theory of the ‘C4 rice’ and will open a new field for the use of C4 gene transgenic plants in the genetically modified rice breeding for super-high-yield in practice.

构建C4水稻是引领下一次绿色革命挑战的一个重要科学策略。国际上现多用二代测序和数学模型在全基因组水平分析C4光合途径的基因表达,转录和翻译等机理,国内科学家则创制了高光效且高表达的转C4光合基因水稻材料,但有关转基因材料高光效且耐逆的机制研究还很分散。.本项目以高表达的转C4光合基因水稻为材料,针对糖配置的科学问题,首先分析和鉴定对干旱和糖饥饿反应的SnRK基因家族,验证内源钙和磷脂酸(PA)介导SnRK基因对CO2信号的感受;然后通过表观遗传学的方法,鉴定己糖激酶信号和干旱胁迫信号传导的共享元件,明确CO2强化信号下, SnRK激酶介导PA参与C4-PEPC酶的活化机制,最后通过同位素示踪、荧光和组学等方法,研究糖的分流特征及定位, 解析CO2信号-SnRK-C4-PEPC酶模式介导糖的运输,参与高表达转C4-pepc基因水稻高光效和耐旱的作用模式,为将来“C4稻”的培育开辟新领域。

项目摘要

本项目以糖信号为重点,从糖信号元件SnRKs 家族为核心,研究了在干旱条件下(自然干旱和模拟干旱)下,高表达转玉米C4-PEPC基因水稻(以下简称PC)的SnRKs介导的PEPC酶的调控机制。主要研究结果如下:在干旱逆境下,外源导入C4-pepc的高表达,增加了PEPC酶活性以及HCO3-水平,通过改变HCO3-/CO2信号负调节的气孔运动,从而维持了干旱胁迫下PC植株稳定的光合能力;与此同时,与未转基因野生型(以下简称WT),PC体内显示了内源糖浓度显著差异,在干旱逆境下,PC一方面通过不同水平糖组分激活SnRK介导糖信号系统,增强了外界逆境信号感受,另一方面通过加强的细胞壁转化酶活性,降解细胞壁,增加膜的通透性,导致糖分子、钙和NO等第二信号分子的转运加强,诱导了跨膜的蛋白激酶SnRKs家族基因的时空表达, 激活其下游的干旱响应机制。SnRKs家族基因时空表达的具体机制为:细胞水平上诱导SnRK1增强氧化磷酸化以增加细胞的能量水平、蔗糖介导SnRK1s和SnRK2s调节C3和C4型的PEPC基因增强了干旱逆境下的发芽能力、葡萄糖通过NO负调节Ca2+-CBL-CIPK-SnRK3s信号模块参与了气孔运动、蔗糖通过Ca2+-SnRK3s的正调节以及ABA-SnRK2s负调节增强了植株的花青素代谢,最终表现耐旱能力增强。本项目完成了计划的研究内容,发表了项目标注论文15篇, 其中包括SCI收录的7篇;本项目执行期间,参加了17次国际,全国和省级等各类专业性学术会议或论坛,发表会议论文18篇,并有1人做分组主题报告,5人次作分组交流; 2017年派出了1名青年科技人员赴美国加州大学洛杉矶分校进行为期一年的合作研究,并资助了10位硕士研究生全程参与了本项目的实施,其中6位硕士研究生分别获得了硕士学位。本项目按预算和经费使用的要求,规范地使用项目经费。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

外泌体在胃癌转移中作用机制的研究进展

外泌体在胃癌转移中作用机制的研究进展

DOI:10.12354/j.issn.1000-8179.2021.20201763
发表时间:2021
2

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

DOI:10.7524 /j.issn.0254-6108.2017122903
发表时间:2018
3

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料LaBiMn_2O_6-Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)的制备与电化学性质

DOI:10.11862/CJIC.2019.081
发表时间:2019
4

奥希替尼治疗非小细胞肺癌患者的耐药机制研究进展

奥希替尼治疗非小细胞肺癌患者的耐药机制研究进展

DOI:
发表时间:2020
5

长链基因间非编码RNA 00681竞争性结合miR-16促进黑素瘤细胞侵袭和迁移

长链基因间非编码RNA 00681竞争性结合miR-16促进黑素瘤细胞侵袭和迁移

DOI:
发表时间:2021

李霞的其他基金

批准号:51365050
批准年份:2013
资助金额:52.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81070672
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81472125
批准年份:2014
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:81572504
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:30571034
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:81872421
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51405312
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41405127
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51107121
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30900332
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30371099
批准年份:2003
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
批准号:61402119
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91439117
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:重大研究计划
批准号:31371554
批准年份:2013
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:61473106
批准年份:2014
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:31501065
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51405055
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81172847
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:30871394
批准年份:2008
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:30170515
批准年份:2001
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
批准号:81803653
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30972538
批准年份:2009
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:51908187
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30460010
批准年份:2004
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30871459
批准年份:2008
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:21605133
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600298
批准年份:2006
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61871273
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:71602095
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31400928
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61873075
批准年份:2018
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:81873337
批准年份:2018
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:31601237
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81673056
批准年份:2016
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:61901101
批准年份:2019
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30971797
批准年份:2009
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:60772148
批准年份:2007
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:51075078
批准年份:2010
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
批准号:81403385
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41575011
批准年份:2015
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:11001193
批准年份:2010
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71401012
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81072660
批准年份:2010
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:30800492
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81072473
批准年份:2010
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:81671402
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:30901918
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81500904
批准年份:2015
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41101445
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51372127
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:11471238
批准年份:2014
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81302516
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31860251
批准年份:2018
资助金额:42.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61171124
批准年份:2011
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:60372087
批准年份:2003
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
批准号:41602177
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11726602
批准年份:2017
资助金额:10.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:31200269
批准年份:2012
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30671205
批准年份:2006
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:81060076
批准年份:2010
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51003099
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81101372
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91540112
批准年份:2015
资助金额:85.00
项目类别:重大研究计划
批准号:30972723
批准年份:2009
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:51072086
批准年份:2010
资助金额:39.00
项目类别:面上项目
批准号:31730066
批准年份:2017
资助金额:304.00
项目类别:重点项目
批准号:81273532
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:40961027
批准年份:2009
资助金额:26.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:91129710
批准年份:2011
资助金额:80.00
项目类别:重大研究计划
批准号:51409189
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31230050
批准年份:2012
资助金额:290.00
项目类别:重点项目
批准号:61073136
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81603534
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81373670
批准年份:2013
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:81373214
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81502976
批准年份:2015
资助金额:17.90
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81101007
批准年份:2011
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81671606
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:71503099
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50772051
批准年份:2007
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81873273
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:31770987
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41576077
批准年份:2015
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:61101164
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51609179
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11275275
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81360144
批准年份:2013
资助金额:48.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30570143
批准年份:2005
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:30370798
批准年份:2003
资助金额:20.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

高钙启动能量补偿增强转C4光合基因水稻光合效率的机理

批准号:31371554
批准年份:2013
负责人:李霞
学科分类:C1304
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
2

转REPC基因水稻的高光效机制和生理特性

批准号:39870533
批准年份:1998
负责人:黄少白
学科分类:C1304
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
3

高光效大豆中C4途径的光合生理功能及其调控

批准号:39470429
批准年份:1994
负责人:郝乃斌
学科分类:C1304
资助金额:6.00
项目类别:面上项目
4

激发子介导PA提高转C4型 pepc基因水稻光合效率的机理

批准号:30871459
批准年份:2008
负责人:李霞
学科分类:C1304
资助金额:35.00
项目类别:面上项目