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发现内源氢提升质子泵及Na-H逆向转运体活性促植物耐盐
期刊:Plant Cell & Environment 影响因子:6.362 研究使用平台:NMT植物耐盐创新平台 标题:Molecular hydrogen-induced salinity tolerance requires melatonin signalling inArabidopsis thaliana 作者:南京农业大学沈文飚、苏久厂
检测离子/分子指标
Na+、K+、H+
检测样品
拟南芥根(距根尖400 μm根表上的点)
中文摘要(谷歌机翻)
褪黑素(MT)在盐分胁迫耐受性中发挥积极作用。但是,调节MT的上游信号组件知之甚少。在这里,我们报告内源性MT在拟南芥的盐度响应中作用于分子氢(H2)的下游。来自莱茵衣藻的富氢水的添加和hydroase1基因(CrHYD1)的表达增加了内源性H2和MT水平,并提高了耐盐性。没有血清素N-乙酰基转移酶基因(SNAT)时,未观察到这些结果。H2增加了野生型和CrHYD1品系中SNAT转录物的水平,其中Na+/K+比率较低,而离子运输相关基因转录物的水平较高。在atsnat/CrHYD1-4杂交种中未观察到这些变化。在CrHYD1植物中观察到的MT依赖性Na+外排增加,至少部分是由于跨质膜的Na+/H+逆向转运增强所致。在atsnat/CrHYD1-4杂交种中,内源性H2诱导的MT依赖离子和氧化还原稳态的调节受到损害。综上所述,这些结果表明,MT诱导的盐度耐受性是由H2信号级联诱导的,该信号级联响应盐度调节离子和氧化还原稳态。
离子/分子流实验处理方法
5日龄拟南芥幼苗, ① 135 mM NaCl处理2 d ② 135 mM NaCl实时处理 ③ 500 μM原钒酸盐(PM H+-ATPase抑制剂)处理30 min ④ 100 μM阿米洛利(Na+/H+逆向转运蛋白抑制剂)处理30 min
离子/分子流实验结果
在对照条件下,WT、CrHYD1-3、CrHYD1-4、atsnat/CrHYD1-4和atsnat幼苗之间的净Na+、H+和K+流速差异不显著(图1A-C)。在NaCl胁迫下,CrHYD1-3和CrHYD1-4植株根系Na+外排速率和H+内流速率均高于WT(图1A, B)。同时,atsnat/CrHYD1-4杂交种与WT的Na+外排速率和H+内流速率变化差异不显著。相反,atsnat根中的Na+外排速率和H+内流速率低于atsnat/CrHYD1-4杂交种和WT。研究还观察到CrHYD1-3和CrHYD1-4植株的根表现出比WT更低的净K+外排速率(图1C),而atsnat/CrHYD1-4根中的K+外排速率与WT相同。与WT和atsnat/CrHYD1-4相比,在atsnat根中也观察到更高的净K+外排速率(图1C)。 接下来,研究监测了盐胁迫对拟南芥根系实时K+流速的影响。如图1D所示,与WT相比,CrHYD1-3和CrHYD1-4的实时K+流速对NaCl实时处理的敏感性较低。但是,atsnat/CrHYD1-4的实时K+外排速率与WT相似。相反,与atsnat/CrHYD1-4和WT植物相比,atsnat突变体具有更高的实时K+外排速率。另外,NaCl实时处理期间根系中K+流速的平均值也显示出类似的趋势(图1E)。综上,褪黑素(Melatonin,MT)可能在盐胁迫下对内源性H2诱导的离子转运起积极的调节作用。
图1. 幼苗根系稳态和实时离子流速的变化情况
在NaCl胁迫下,检测了质膜转运体抑制剂对WT,CrHYD1-3,CrHYD1-4,assnat/CrHYD1-4和atsnat幼苗根中Na+、H+或K+流速的影响。当NaCl处理的根用原钒酸盐或阿米洛利处理时,尤其是阿米洛利对Na+外排的抑制更为明显(图2A)。类似地,H+内流被原钒酸盐或阿米洛利阻断,尤其是原钒酸盐(图2B)。这些结果表明MT介导的Na+外排,部分通过Na+/H+逆向转运蛋白穿过质膜,对内源性H2诱导的耐盐性起重要作用。同样,上述结果也表明,在拟南芥内源性H2诱导的盐耐受性中,液泡Na+区隔化的能力增加,并通过MT诱导的定位于液泡膜的Na+/H+逆向转运体表达得到证实。一些研究报道表明,盐诱导的K+流速由PM H+-ATPase介导。此外,Na+/H+逆向转运体也可能介导盐胁迫下的K+运输。在本研究中,原钒酸盐和阿米洛利不同程度地增加了NaCl胁迫下拟南芥的K+外排速率(图2C)。
图2. NaCl胁迫下原钒酸盐和阿米洛利对Na+、H+和K+净流速的影响
其他实验结果
MT在内源性H2介导的拟南芥耐盐性中起下游信号分子的作用。 MT在内源性H2诱导的离子稳态中发挥作用,对耐盐性具有积极作用。 MT介导的抗氧化防御是拟南芥内源H2诱导的耐盐性所必需的。
结论
这项研究的结果表明,在涉及内源性H2和MT的网络中,这些参与者调节离子和氧化还原稳态,最终增强耐盐性(图3)。该研究表明,内源性H2引发的SNAT依赖性MT的产生,至少有一部分是耐盐性所必需的。内源性H2是如何调控MT的合成的,目前仍未完全了解。响应盐胁迫,H2和MT均可用于胁迫诱导的信号传导途径,其他共享的转导成分可能在替代途径上发挥积极的调节作用。所以,应探讨内源H2提高植物耐盐性的其他下游信号。针对这一问题,还需要进一步研究。
图3. 拟南芥幼苗耐盐模型的建立:内源H2和MT之间的相互作用
测试液
0.1 mM CaCl2, 0.1 mM KCl, 0.1 mM NaCl, 0.3 mM MES, pH 6.5
关键词:拟南芥;内源H2;褪黑素;耐盐性
PCE南农沈文飚:NMT发现内源氢提升质子泵及Na-H逆向转运体活性促植物耐盐 |