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林科院王军辉:ABA依赖型K+流速是植物耐旱的重要指标

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[成果与文献分享]

林科院王军辉:ABA依赖型K+流速是植物耐旱的重要指标

 楼主| xuyue_2017 发表于 2020-12-8 17:34  
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本帖最后由 xuyue_2017 于 2020-12-8 17:45 编辑

NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场。


基本信息
主题:ABA依赖型K+流速是植物耐旱的重要指标
期刊:Plant Signaling & Behavior
研究使用平台:NMT水旱胁迫创新科研平台
标题:ABA-dependent K+ flux is one of the important features of the drought response that distinguishes Catalpa from two different habitats
作者:中国林业科学研究院王军辉、麻文俊

检测离子/分子指标
K+

检测样品
灰楸和滇楸根,距根尖600 μm根表上的点

中文摘要(谷歌机翻)

脱落酸(ABA)诱导的气孔关闭可以提高高等植物的耐旱性。然而,ABA相关离子通量与木本植物根部抗旱性提高之间的关系尚不清楚。为了研究这种关系,我们采用了一种非损伤微测技术(NMT)来检测Catalpa fargesii和C中的钾(K+)通量。法吉斯岛用聚乙二醇(PEG)和ABA处理后的duclouxii。PEG处理略微增加了两种钙蛋白酶的游离脯氨酸含量。但是,同时用ABA和PEG处理会导致游离脯氨酸含量大大增加。PEG处理导致K+流出量显着增加,ABA和四乙铵(TEA,一种K+ 通道抑制剂)在短期(1 d)和长期(7 d)干旱条件下均阻止了这种流出。此外,我们在根中检测到SKOR(steel K+向外整流通道)基因的表达,结果表明PEG显着增加了C中SKOR的表达。法尔吉斯岛duclouxii,但在OR蒲中ABA抑制SKOR表达。这些发现表明ABA通过抑制Catalpa中的K+外排提高了耐旱性,但是存在不同的ABA响应模式。具有较高钾保留能力的耐旱物种依赖于ABA,并且比其他物种可以积累更多的脯氨酸。SKOR也是ABA依赖性的,并且对ABA敏感,而K+ flux是ABA介导的干旱反应的目标。

离子/分子流实验处理方法

①225 g/L PEG、100 μg/L ABA、225 g/L PEG+100 μg/L ABA处理1 d和7 d
②225 g/L PEG、100 μg/L ABA、225 g/L PEG+100 μg/L ABA处理1 d后, TEA处理30 min

离子/分子流实验结果

在灰楸根中,与CK、ABA和PEG+ABA处理后相比,短期(1 d)PEG处理后K+的外排速率显著升高(P<.001)(图1a,b)。长期(7 d)处理后,PEG处理组的K+的外排速率仍高于CK组。然而,与CK相比,ABA和PEG+ABA处理组从根部外排的K+较少,速率分别为161和58 pmol cm-2s-1(图2a,b)。

图1. 灰楸和滇楸用PEG、ABA或PEG+ABA处理1 d后根中K+外排流速

与对照组相比,PEG处理1 d后导致滇楸的K+外排速率显著增加(P<.001,图1c,d)。PEG+ABA处理组的K+外排速率与PEG处理组的K+外排速率无显著差异,但ABA相对于PEG导致K+外排速率显著下降(P<.001)。而ABA对K+外排的影响较PEG相比显著降低(P<.001)。与处理1 d相比,处理7 d后K+外排速率明显降低(P<.001)(图2c,d)。处理7 d后,CK中K+外排速率与ABA或ABA+PEG处理相比无明显差异。用PEG处理的植物有最高的K+外排流速值。
图2. 灰楸和滇楸用PEG、ABA或PEG+ABA处理7 d后根中K+外排流速

研究使用四乙铵(TEA,一种K+通道阻断剂),以确定K+外排是否通过K+通道调节。用CK、PEG、ABA或PEG+ABA处理幼苗1 d,然后进行1 h TEA处理。灰楸幼苗在CK和CK+TEA处理下的K+外排速率分别为260和212 pmol cm-2s-1(图3)。滇楸幼苗在CK和CK+TEA处理下的K+外排速率分别为406和11 pmol cm-2s-1。与不使用TEA的CK相比,在PEG、ABA和ABA+PEG中培养的幼苗和用TEA处理的幼苗的K+外排速率明显降低(P<.001)。经过短期处理(CK、PEG、ABA或PEG+ABA)后再经过TEA处理,灰楸表现出比滇楸更高的K+外排速率(P<.001)。


图3. PEG、ABA或PEG+ABA处理1 d后,经TEA处理1 h后的灰楸和滇楸幼苗根系K+外排


其他实验结果

  • 灰楸根的游离脯氨酸的产生依赖于ABA的诱导,但滇楸根的游离脯氨酸的产生在干旱条件下与ABA无关。
  • PEG 1 d处理组中灰楸根中K+含量增加,但滇楸根中K+含量减少。K+含量在7 d后平衡。ABA对灰楸根保K+的作用大于对滇楸根的保K+作用。
  • 与灰楸相比,SKOR在滇楸中对干旱胁迫有更好的敏感性。
  • 灰楸根和滇楸根中的SKOR基因表达对PEG胁迫敏感,但是灰楸根中SKOR的表达下调有利于细胞中K+的保留。

结论

本研究发现两种梓属植物的根细胞在模拟干旱条件下均受损,导致干旱处理下K+外排增加。研究提出,ABA可以通过减少K+流出,抑制SKOR的表达和K+通道的活性来提高抗旱性。然而,研究发现的ABA依赖型和非ABA依赖型两个模式,在两种梓属植物中分别表现为耐旱性和干旱敏感性的不同反应。在这项研究中,NMT技术能够实时检测木本植物根部K+动态变化而不损害细胞,是一项十分有利的检测技术。今后的研究将结合分子生物学的方法,应用NMT来揭示ABA调控K+通道基因的机制,期望通过分子生物学方法和电生理方法的结合来提高对经济树种耐旱机理的认识。

离子流实验使用的测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.3 mM MES, pH 6.0
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