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MP万建民院士:无损“电生理”钙流为揭示OsCNGC9通道调控水稻低温响应机制

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MP万建民院士:无损“电生理”钙流为揭示OsCNGC9通道调控水稻低温响应机制

 楼主| xuyue_2017 发表于 2020-12-8 09:16  
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本帖最后由 xuyue_2017 于 2020-12-8 13:02 编辑

感谢一作王家昌博士提供全文资料、校稿

基本信息

主题:无损“电生理”钙流为揭示OsCNGC9通道调控水稻低温响应机制提供直接证据
期刊:Molecular Plant
影响因子:12.084
研究使用平台:NMT温度胁迫创新科研平台
标题:TranscriptionalActivation and Phosphorylation of OsCNGC9 Confer Enhanced Chilling Tolerance inRice
作者:中国农业科学院作物科学研究所万建民、任玉龙,南京农业大学刘喜、王家昌

检测离子/分子指标
Ca2+

检测样品
水稻根,距根尖500 μm根表上的点

中文摘要

低温是限制植物生长和产量的主要环境因素。尽管细胞质中钙的瞬时升高早已被认为是植物耐寒的一个关键信号,但负责这一过程的钙通道在很大程度上仍不清楚。本研究报道了OsCNGC9,一个环状核苷酸门控通道,通过介导水稻(Oryza sativa)细胞质的钙升高,正向调控其耐寒性。研究结果表明,OsCNGC9功能缺失突变体在低温诱导钙内流方面存在缺陷,使其对长时间的低温处理更加敏感,而OsCNGC9过表达增强了植物的耐寒性。另外,拟南芥OST1同源物OsSAPK8在应对低温胁迫时,磷酸化并激活OsCNGC9,引发Ca2+内流。此外,OsCNGC9的转录被水稻脱水应答元件结合转录因子OsDREB1A激活。综上,本研究认为OsCNGC9通过调控低温诱导的钙内流和胞质钙升高来增强水稻的耐寒性。

离子/分子流实验处理方法

4℃低温实时处理

离子/分子流实验结果

研究利用非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology,NMT)检测水稻根系Ca2+流速,研究OsCNGC9是否能够在体内介导Ca2+内流来响应低温胁迫。在低温胁迫下,WT根系和cds1互补株系均有较强且快速的胞外Ca2+内流。相比之下,cds1在相同条件下未表现出明显的胞外Ca2+内流(图1A)。另外研究还观察到,WT或pGOsCNGC9cds1之间低温胁迫的平均最大Ca2+内流量差异显著(图1B)。

与Kitaake相比,OsCNGC9-OE转基因株系在对冷激的反应中表现出更强的细胞外Ca2+内流(图2)。

图1. OsCNGC9是低温诱导的Ca2+内流所必需的。蓝色背景表示低温处理持续的时间。

图2. OsCNGC9的过表达能提高水稻中低温诱导的Ca2+内流

Ca2+流速测定结果显示,低温处理后,Nipponbare而非OsSAPK8敲除突变体的根细胞表现出更明显的Ca2+内流(图3)。
OsSAPK8-GFP过表达植物的根细胞与Nipponbare根细胞相比,在冷激胁迫下表现出更强的Ca2+内流(图4)。
图3. OsSAPK8基因敲除突变体由低温诱导的Ca2+内流的状态

图4. OsSAPK8过表达对低温诱导的Ca2+内流有正调控作用

与Kitaake相比,OsDREB1A-KO植物在应对冷胁迫时胞外Ca2+流速较弱(图5)。
图5. 比较Kitaake和OsDREB1A-KO在低温胁迫下根中Ca2+的内流速率

其他实验结果

  • OsCNGC9是一个积极的低温耐受性调节器。
  • OsCNGC9与OsSAPK8在体内发生物理相互作用。
  • OsCNGC9是OsSAPK8真正的底物。
  • OsSAPK8对OsCNGC9的磷酸化增强了OsCNGC9通道对低温胁迫的反应活性。
  • OsCNGC9的Ser-645是OsSAPK8对水稻耐寒性反应的一个主要磷酸化位点。
  • OsSAPK8对OsCNGC9的Ser-645的磷酸化对增强水稻的耐寒性起着积极作用。
  • Ser-645的磷酸化状态正向调节OsCNGC9的钙通道活性。
  • OsSAPK8参与了水稻耐寒性和低温诱导的Ca2+内流的调控。
  • OsSAPK8介导的OsCNGC9的磷酸化在水稻耐寒性中起重要作用。
  • 低温刺激通过OsDREB1A依赖性途径促进OsCNGC9的表达。

结论

低温胁迫后,环核苷酸门控通道OsCNGC9被SnRK2蛋白激酶OsSAPK8磷酸化并激活,引发细胞钙水平升高,进而激活水稻低温胁迫相关基因的表达,增强水稻耐寒能力。

离子流实验使用的测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mMCaCl2, 0.1 mM, MgCl2, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na2SO4, pH 6.0
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