大学杰出教授,
密歇根州立大学基金会教授

生物化学与分子生物学系
howeg@msu.edu

bob体育登录研究:同种的分子和生化基础

bob体育登录我们实验室的研究旨在了解植物对昆虫取食和其他形式的伤口压力。我们使用两个番茄(茄属植物lycopersicum和拟南芥拟南芥)作为实验模型系统调查的三个相关领域:(1)我们是阐明植物激素的合成机理和行动jasmonate;(2)我们正在研究如何jasmonate-regulated防御化合物阻止昆虫攻击;和(3)我们正在研究腺毛状体的发育和代谢功能番茄。这些项目提供培训现代植物生物学的在几个方面,包括:分析蛋白质和receptor-hormone交互;转录网络;工厂发展;同种的遗传学;蛋白质生物化学/蛋白质组学;代谢,代谢组学;对昆虫抗药性和作物改良。

Jasmonate信号的分子机制

食草昆虫使用不同的饲喂策略获得从他们的宿主植物营养素。而不是作为被动的受害者在这些相互作用,植物通过无数的生产专业应对食草性代谢物和蛋白质对食草动物产生毒性或anti-feedant影响,或挥发性物质行为间接地通过吸引食草动物的捕食者。这种高度动态的免疫力是由昆虫口腔分泌物和信号的识别从受伤的植物细胞。植物激素jasmonate (JA)扮演一个守恒和中央的角色在这个过程中通过调节全基因组基因表达的变化。

我们研究的长期目标是阐明JA控制基因表达的分子机制。bob体育登录遗传、细胞生物学、分子、生化分析表明,核心病时信号转导链JA合成与基因表达的变化包括四个部分:一个生物活性是信号,SCF-type E3泛素连接酶的SCFCOI1, JAsmonate ZIM-domain (JAZ)阻遏蛋白质的目标SCFCOI1通过泛素/ 26 s蛋白酶体降解途径,以及转录因子(TFs)促进JA-responsive基因的表达(图1)。从我们实验室最近的研究表明,盒蛋白COI1农协受体是一个关键组成部分,并且jasmonoyl-isoleucine (JA-Ile),农协的氨基acid-conjugated形式,是一种天然配体的受体系统。主要我们寻求解决悬而未决的问题是如何的特异性receptor-ligand和JAZ-TF交互调节JA-mediated反应的多样性。

植物抗虫蛋白

plant-insect交互研究的核心问题的担忧的身份JA-regulated化合物阻止食草动bob体育登录物的殖民,消费,或在植物繁殖。虽然植物次生代谢物历来被视为昆虫寄主植物利用的主要决定因素,蛋白质也是植物的防御反应的一个重要组成部分。Wound-inducible蛋白酶抑制剂,损害消化蛋白酶在昆虫肠道提供最好的例子之一的防御蛋白的合成由农协途径严格监管。

我们使用蛋白质组学分析昆虫肠道内容和粪便(蛀屑)来识别植物蛋白质阿森纳的防守。这部小说的方法是基于这样一个前提:防御蛋白相对耐肠道蛋白酶和,因此,是高度浓缩在通道通过昆虫的食物丸(图2),tomato-reared应用程序的过程m . sexta幼虫鉴定了JA-regulated精氨酸酶的亚型和苏氨酸脱氨酶,降解必需氨基酸精氨酸和苏氨酸,分别在卡特彼勒的直觉。我们假设精氨酸酶和苏氨酸脱氨酶是组件的多层防御系统功能耗尽的可用性昆虫肠道中必需氨基酸。的资金美国农业部,我们使用这个蛋白质组学平台系统识别从范围广泛的农作物抗虫蛋白质。从本研究结果预计将提供新的工具来提高农作物的害虫宽容。bob体育登录

茄属植物的腺毛状体

腺毛状体(GTs)填充的天线表面大约30%的所有维管植物物种。这些大学和多细胞附属物发挥重要作用在植物抵御昆虫,以及各种非生物应力条件。GTs的一个显著特征是他们的综合能力,商店,分泌大量的次生代谢物。因为他们不是必不可少的植物生存,GTs提供一个独特的机会来研究复杂的和专门的代谢途径的范围内运作一个简单和高度可发展结构。许多GT-borne化合物有重要商业价值制药、香料、食品添加剂、和自然杀虫剂。出于这个原因,利用GTs的前景“化学工厂”生产高价值的植物产品最近捕获的植物生物化学家和生物技术专家的注意。

番茄和相关的物种茄属植物表面产生多种类型的GT叶子,茎,和生殖结构(图3)。多种类型的GTs的发生在单一物种提供了一个独特的机会来了解每个类的监管发展的毛状体,并确定每种类型的主要生物合成途径的操作。我们正在参与一个协作同意植物基因组计划(http://www.trichome.msu.edu/)研究形态发生,代谢途径,GTs的函数在种植番茄和其野生物种密切相关。这个合作项目的长期目标是为一个完整的理解奠定基础网络的基因和蛋白质参与GTs的发育和代谢功能茄属植物spp。在我们的实验室工作目前主要集中在几个番茄突变体,有缺陷的表征GT发展和新陈代谢。这条线的调查建立在我们先前的研究显示,农协/ COI1茄需要信号通路GTs的正常发育和代谢功能。bob体育登录