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整合计算生物学解析光周期调控水稻开花基因Hd1功能转换的分子机制

整合计算生物学解析光周期调控水稻开花基因Hd1功能转换的分子机制
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  • 批准号:31671378
  • 批准年度: 2016年
  • 学科分类:生物网络与系统(C060704) |
  • 项目负责人:欧阳鑫昊
  • 负责人职称:副教授
  • 依托单位:厦门大学
  • 资助金额:60万元
  • 项目类别:面上项目
  • 研究期限:2017年01月01日 至 2020年12月31日
  • 中文关键词: 计算生物学;水稻;开花;Hd1;转换
  • 英文关键词:rice;photoperiodic flowering;function conversion of Hd1;protein-protein interaction;Ordinary Differe

项目摘要

中文摘要

水稻光周期开花网络调控机制是描述水稻与环境因素光周期相互作用的分子机理。它对于水稻品种的引种、制种和产量至关重要。Hd1是水稻光周期开花网络的核心元件。与拟南芥的同源基因CO在长日照下正调控FT的转录不同,Hd1的转录活性能被光周期反转。在短日照下,Hd1激活FT的同源基因Hd3a的表达。相反,在长日照下,Hd1抑制Hd3a的表达。目前,光周期调控Hd1功能转换的分子机制依然未知。我们前期的研究发现DTH8在长日照下与Hd1形成复合体抑制Hd3a的表达。当DTH8无功能时,Hd1在长日照下转变为Hd3a的激活子。进一步我们通过常微分方程建模预测日照长度通过调控DTH8和Hd1的相互作用改变Hd1的功能。本课题将结合计算生物学,分子生物学与遗传学的研究方法。首先,利用实验手段证明光周期可以调控DTH8和Hd1的相互作用;最终,结合数学模型阐明光周期调控 Hd1功能转换的分子机理。

英文摘要

Photoperiodic flowering is one of the most important flowering pathways in rice (Oryza sativa). Short day (SD) conditions can induce rice flowering, whereas long day (LD) conditions repress it. Photoperiodic flowering can affect variety introduction, seed production and yield. Heading date 1 (Hd1), a CONSTANS ortholog from rice, acts as a so-called “Janus” regulator in response to day length during rice photoperiodic flowering. Under SD, Hd1 positively regulates Heading date 3α (Hd3α), the rice FLOWERING LOCUS T (FT) ortholog, to accelerate flowering. Under LD, however, Hd1 instead represses flowering. Our previous works demonstrate that the Hd1 flowering repression activity is dependent on a functional DAYS TO HEADING 8 (DTH8) allele in LD. In a background with non-functional DTH8, Hd1 activates Hd3α to promote flowering in LD. Further, we demonstrate that physical and functional association of Hd1 and DTH8 to compose a DTH8-Hd1 complex is necessary for the inhibitory activity of Hd1 in LD. Moreover, we used an Ordinary Differential Equation (ODE)-based model to predict photoperiod can switch Hd1 function by regulation the interaction between Hd1 and DTH8. In this project, we will use a systems-biology approach to investigate the dynamic behaviors and relationships between flowering activators and repressors. We will define a mathematical representation of the photoperiodic flowering network at a temporal scale. Firstly,, we will use experiments to prove photoperiod can regulate the interaction between Hd1 and DTH8 to switch Hd1 function. Together, the experimental validation, computational modeling and statistical data in this work will demonstrate the mechanism of Hd1 function conversion in rice photoperiodic flowering.

评估说明

    国家自然科学基金项目“整合计算生物学解析光周期调控水稻开花基因Hd1功能转换的分子机制”发布于爱科学iikx,并永久归类于相关科学基金导航中,仅供广大科研工作者查询、学习、选题参考。国科金是根据国家发展科学技术的方针、政策和规划,以及科学技术发展方向,面向全国资助基础研究和应用研究,发挥着促进我国基础研究源头创新的作用。国科金的真正价值在于它能否为科学进步和社会发展带来积极的影响。

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