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Plants-Basel东农:NMT发现耐寒番茄在低温胁迫下保钾能力更强

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[成果与文献分享]

Plants-Basel东农:NMT发现耐寒番茄在低温胁迫下保钾能力更强

 楼主| xuyue_2017 发表于 2021-1-5 15:28  
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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:NMT发现耐寒番茄在低温胁迫下保钾能力更强
期刊:Plants-Basel
影响因子:2.762
研究使用平台:NMT植物温度胁迫创新平台
标题:Gene Expression and K+ Uptake of Two Tomato Cultivars in Response to Sub-Optimal Temperature
作者:东北农业大学吴凤芝、高欢

检测离子/分子指标
K+

检测样品
番茄根,距根尖400 μm根表上的点


中文摘要(谷歌机翻)
次优温度会对番茄(Solanum lycopersicum)的生长产生不利影响,而K+在植物的耐寒性中起着重要作用。然而,番茄对次优温度的基因表达和K+吸收的反应仍不十分清楚。为了解决这些问题,将一个耐寒番茄栽培品种东农722(T722)和一个寒敏感栽培品种东农708(S708)分别暴露于次优(15/10℃)和正常温度(25/18℃)下,研究其生长、K+吸收特性和全局基因表达的差异。结果表明,与S708相比,T722表现出较低的植株生长速度、全株K+量和K+净吸收率的降低,T722在亚优温度条件下还具有较高的过氧化物酶活性和较低的K+外排速率。RNA-seq分析表明,在S708和T722的根中分别发现了响应于次优温度的差异表达基因(DEGs)共1476个和2188个。功能分类显示,大部分DEG参与了“植物激素信号转导”、“苯丙醇生物合成”、“硫代谢”和 “细胞色素P450”。仅在T722中显著上调的基因涉及“苯丙醇生物合成”和“植物激素信号转导”途径。此外,研究还发现,次优温度抑制了两个栽培品种中编码K+转运体SIHAK5基因的表达,但仅在S708中降低了编码K+通道AKT1基因的表达。总的来说,本研究结果揭示了番茄根部的低温相应基因,为进一步研究亚低温下番茄K+吸收的机制提供了基础。


离子/分子流实验处理方法

低温耐受型番茄(T722)和低温敏感型番茄(S708)在对照(25/18℃)或次优温度(15/10℃)下处理5 h和5 d。

离子/分子流实验结果


处理5 h后,在正常温度(CK)和次优温度(T)下,T722根中K+内流,而在S708根中K+外排(图1a)。在处理5 d时,正常温度条件下,两个品种都出现了K+内流。然而,在次优温度条件下,两个品种的K+外排速率显著增加,并且在S708中观察到更明显的增加(图1a)。

图1. 在正常温度和次优温度条件下S708和T722根尖中K+的平均流速变化
处理后5 h,在正常和次优温度条件下,10 min的检测期内两个品种的K+均表现出稳定且持续的流速(图2b)。在处理5 d时,正常和次优温度条件下S708中K+的净流速趋势与T722中的相似。在次优温度条件下,10 min检测期间,S708的K+流速从T722 pmol cm-2s-1增加到308 pmol cm-2s-1,T722从65.57 pmol cm-2s-1增加到92.62 pmol cm-2s-1(图2b)。
图2. 在正常温度和次优温度条件下S708和T722根尖中K+的净流速变化


其他实验结果

  • 次优温度处理5 d后显著降低了S708的株高、植物生长率、根表面积和总根长。
  • 次优温度处理会增加MDA含量和POD活性,降低全株K+含量。
  • 次优温度显著降低了两个番茄品种的K+净吸收率和转运率。
  • T722中上调或下调的差异基因数量远高于S708。
  • 在次优温度条件下,两个品种中编码水通道蛋白的两个基因均被抑制。



结论

研究发现两个番茄品种对次优温度的响应是不同的。与低温敏感型番茄品种S708相比,低温耐受型番茄T722在次优温度条件下,植株生长速率、全株K+含量和净K+吸收速率下降幅度较小,POD活性较高,K+外排速率较低。RNA-seq分析表明,T722在处理5 d时的DEGs总数高于S708。GO和KEGG富集分析显示,次优温度条件下,S708和T722之间参与ROS稳态和激素代谢相关的基因存在差异表达。在次优温度下,T722中这些基因的上调可能在调节植物根系生长和耐寒性方面发挥重要作用。此外,研究还发现次优温度抑制了K+通道AKT1编码基因的表达,而AKT1仅在S708中与K+吸收有关,可能是K+含量比T722少的原因之一。结果揭示了番茄根系低温响应基因,为进一步研究番茄在次优温度下吸收K+的机制奠定了基础

测试液

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

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