Изучение ключевых сигнальных компонентов абсцизовой кислоты (ABA), вовлеченных в ABA-опосредованные процессы устойчивости растений к засухе и экстремальным температурам

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-44-08001

НазваниеИзучение ключевых сигнальных компонентов абсцизовой кислоты (ABA), вовлеченных в ABA-опосредованные процессы устойчивости растений к засухе и экстремальным температурам

Руководитель Булгаков Виктор Павлович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии» Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №22 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (MOST)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-209 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология)

Ключевые слова Абсцизовая кислота, ABA, ABA-HSP/шаперонная белковая сеть, устойчивость к засухе, факторы теплового стресса, белки теплового стресса, термоустойчивость

Код ГРНТИ34.31.37, 34.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Реакция теплового стресса (HSR) является консервативным механизмом, созданным природой для увеличения экспрессии белков теплового шока (HSP) с помощью разветвленной регуляторной сети транскрипционных факторов (HSF). HSP относятся к шаперонам, функция которых состоит в сохранении нативной структуры белков, а также в образовании и диссоциации белковых комплексов. Сигнальная система стрессового гормона абсцизовой кислоты (ABA) также участвует в стрессоустойчивости растений, в том числе устойчивости к экстремальным температурам. Отношения ABA-опосредованного сигнального пути с другими системами защиты растений плохо изучены. Мы предполагаем, что изучение кооперативного влияния ABA- и HSP-опосредованных сигнальных путей позволит открыть новые возможности для сельскохозяйственной биотехнологии. Это предположение основано на анализе литературных данных, а также собственных наблюдениях, которые описаны ниже в соответствующих разделах заявки. Анализ будет проводиться в сети ABA-HSP/шаперонины, в основном с сигнальными каскадами SnRK2s-ABF/AREBs-DREB и SnRK2s-ABF/AREBs-HSFA6a, а также с недавно идентифицированными цинк-фингер белками (ZF3) и RING E3-лигазами (типа KEG и HIRP), играющими важную роль в ABA-опосредованной термотолерантности. Протеомные и биоинформационные эксперименты позволят получить новые данные о сети ABA-HSP. Эти данные будут получены в том числе таргетированными протеомными экспериментами, за которыми последует построение объединенной сети белок-белковых взаимодействий, включающей все перечисленные компоненты, а также периферические хабы, соединяющие сеть с другими сигнальными системами растений. Таким образом, это исследование расширит наши знания в понимании сложности этого нового пути передачи сигналов ABA, интегрированного в комплексную сеть ответа HS, и даст возможные подсказки для улучшения температурной устойчивости растений, а также засухоустойчивости. Эти знания позволили бы также обеспечить улучшение урожая путем изучения принципов задержки роста в стрессоустойчивых растениях. Модификация указанных сигнальных каскадов будет проводиться методом геномного редактирования. В эту заявку не включено геномное редактирование сельскохозяйственных культур, все работы будут выполняться на арабидопсисе. Мы выстраиваем будущую технологическую линейку CRISPR-cas9 в виде арабидопсис → сельхозкультуры сознательно, понимая, что на данном этапе только модельное растение даёт шанс понять сопряженность сетей. Работа будет проведена с SnRK2, а именно OST1/SnRK2.6-HOS1; геномное редактирование этого модуля будет проведено впервые. Недавние исследования показывают перспективность модификации этого модуля для сельскохозяйственных культур, это направление сейчас в тренде развития сельскохозяйственной биотехнологии. Конкретные задачи проекта: 1. Понимание причин переключения на стрессоустойчивость в модулях SnRK2s-ABF/AREBs-DREB и SnRK2s-ABF/AREBs-HSFA6a. 2. Оценка роли цинк-фингер белков и лигаз RING E3 в регуляции этих модулей. 3. Создание модифицированных с помощью CRISPR-cas9 технологии растений арабидопсиса с повышенной стрессоустойчивостью. 4. Поиск узлов в сети ABA-HSP/шаперонины, влияние на которые увеличит стрессоустойчивость, но не приведет к замедлению роста и аномалиям развития.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Булгаков В.П. The rolB plant oncogene affects multiple signaling protein modules related to hormone signaling and plant defense. Scientific Reports, 8(1):2285 (год публикации - 2018)
10.1038/s41598-018-20694-6

2. Булгаков В.П., Ву Х.С., Джинн Т.Л. Coordination of ABA and Chaperone Signaling in Plant Stress Responses Trends in Plant Science, 24(7):636-651 (год публикации - 2019)
10.1016/j.tplants.2019.04.004

3. Шкрыль Ю.Н., Веремейчик Г.Н., Силантьева С.А, Булгаков В.П. Differential expression of calcium-dependent protein kinase genes Plant Gene (год публикации - 2019)
10.1016/j.plgene.2019.100215

4. Булгаков В.П., Авраменко Т.В. Linking Brassinosteroid and ABA Signaling in the Context of Stress Acclimation INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES, 2020 Jul 20;21(14):5108 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21145108

5. Ву Х.С., Булгаков В.П., Джинн Т.Л. Pectin Methylesterases: Cell Wall Remodeling Proteins Are Required for Plant Response to Heat Stress. Front Plant Sci., 9:1612 (год публикации - 2019)

6. Веремейчик Г.Н., Шкрыль Ю.Н., Горпенченко Т.Ю., Силантьева С.А., Авраменко Т.В., Бродовская Е.В., Булгаков В.П. Inactivation of the auto-inhibitory domain in Arabidopsis AtCPK1 leads to increased salt, cold and heat tolerance in the AtCPK1-transformed Rubia cordifolia L cell cultures Plant Physiology and Biochemistry (год публикации - 2020)

7. CRISPR/Cas9-Mediated Knockout of HOS1 Reveals Its Role in the Regulation of Secondary Metabolism in Arabidopsis thaliana Plants (Basel), 2021 Jan 6;10(1):104 (год публикации - )
10.3390/plants10010104

Публикации