林科院王軍輝:ABA依賴型K+流速是植物耐旱的重要指標(biāo)-自主發(fā)布-資訊-生物在線

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林科院王軍輝:ABA依賴型K+流速是植物耐旱的重要指標(biāo)

作者:旭月(北京)科技有限公司 2020-12-08T17:26 (訪問量:8198)

NMT作為生命科學(xué)底層核心技術(shù),是建立活體創(chuàng)新科研平臺的必備技術(shù)。2005年~2020年,NMT已扎根中國15年。2020年,中國NMT銷往瑞士蘇黎世大學(xué),正式打開歐洲市場。




基本信息

主題:ABA依賴型K+流速是植物耐旱的重要指標(biāo)

期刊:Plant Signaling & Behavior

研究使用平臺:NMT水旱脅迫創(chuàng)新科研平臺

標(biāo)題:ABA-dependent K+?flux is one of the important features of the drought response that distinguishes?Catalpa?from two different habitats

作者:中國林業(yè)科學(xué)研究院王軍輝麻文俊


檢測離子/分子指標(biāo)

K+


檢測樣品

灰楸和滇楸根,距根尖600 μm根表上的點



中文摘要(谷歌機翻)


脫落酸(ABA)誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉可以提高高等植物的耐旱性。然而,ABA相關(guān)離子通量與木本植物根部抗旱性提高之間的關(guān)系尚不清楚。為了研究這種關(guān)系,我們采用了一種非損傷微測技術(shù)(NMT)來檢測Catalpa fargesii和C中的鉀(K+)通量。法吉斯島用聚乙二醇(PEG)和ABA處理后的duclouxii。PEG處理略微增加了兩種鈣蛋白酶的游離脯氨酸含量。但是,同時用ABA和PEG處理會導(dǎo)致游離脯氨酸含量大大增加。PEG處理導(dǎo)致K+流出量顯著增加,ABA和四乙銨(TEA,一種K+?通道抑制劑)在短期(1 d)和長期(7 d)干旱條件下均阻止了這種流出。此外,我們在根中檢測到SKOR(steel K+向外整流通道)基因的表達,結(jié)果表明PEG顯著增加了C中SKOR的表達。法爾吉斯島duclouxii,但在OR蒲中ABA抑制SKOR表達。這些發(fā)現(xiàn)表明ABA通過抑制Catalpa中的K+外排提高了耐旱性,但是存在不同的ABA響應(yīng)模式。具有較高鉀保留能力的耐旱物種依賴于ABA,并且比其他物種可以積累更多的脯氨酸。SKOR也是ABA依賴性的,并且對ABA敏感,而K+?flux是ABA介導(dǎo)的干旱反應(yīng)的目標(biāo)。



離子/分子流實驗處理方法


①225 g/L PEG、100 μg/L ABA、225 g/L PEG+100 μg/L ABA處理1 d和7 d

②225 g/L PEG、100 μg/L ABA、225 g/L PEG+100 μg/L ABA處理1 d后, TEA處理30 min



離子/分子流實驗結(jié)果


在灰楸根中,與CK、ABA和PEG+ABA處理后相比,短期(1 d)PEG處理后K+的外排速率顯著升高(P<.001)(圖1a,b)。長期(7 d)處理后,PEG處理組的K+的外排速率仍高于CK組。然而,與CK相比,ABA和PEG+ABA處理組從根部外排的K+較少,速率分別為161和58 pmol cm-2s-1(圖2a,b)。

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


與對照組相比,PEG處理1 d后導(dǎo)致滇楸的K+外排速率顯著增加(P<.001,圖1c,d)。PEG+ABA處理組的K+外排速率與PEG處理組的K+外排速率無顯著差異,但ABA相對于PEG導(dǎo)致K+外排速率顯著下降(P<.001)。而ABA對K+外排的影響較PEG相比顯著降低(P<.001)。與處理1 d相比,處理7 d后K+外排速率明顯降低(P<.001)(圖2c,d)。處理7 d后,CK中K+外排速率與ABA或ABA+PEG處理相比無明顯差異。用PEG處理的植物有最高的K+外排流速值。

圖2. 灰楸和滇楸用PEG、ABA或PEG+ABA處理7 d后根中K+外排流速

研究使用四乙銨(TEA,一種K+通道阻斷劑),以確定K+外排是否通過K+通道調(diào)節(jié)。用CK、PEG、ABA或PEG+ABA處理幼苗1 d,然后進行1 h TEA處理。灰楸幼苗在CK和CK+TEA處理下的K+外排速率分別為260和212 pmol cm-2s-1(圖3)。滇楸幼苗在CK和CK+TEA處理下的K+外排速率分別為406和11 pmol cm-2s-1。與不使用TEA的CK相比,在PEG、ABA和ABA+PEG中培養(yǎng)的幼苗和用TEA處理的幼苗的K+外排速率明顯降低(P<.001)。經(jīng)過短期處理(CK、PEG、ABA或PEG+ABA)后再經(jīng)過TEA處理,灰楸表現(xiàn)出比滇楸更高的K+外排速率(P<.001)


圖3. PEG、ABA或PEG+ABA處理1 d后,經(jīng)TEA處理1?h后的灰楸和滇楸幼苗根系K+外排?



其他實驗結(jié)果


  • 灰楸根的游離脯氨酸產(chǎn)生依賴于ABA的誘導(dǎo),但滇楸根的游離脯氨酸產(chǎn)生在干旱條件下與ABA無關(guān)。

  • PEG 1 d處理組中灰楸根中K+含量增加,但滇楸根中K+含量減少。K+含量在7 d后平衡。ABA對灰楸根保K+的作用大于對滇楸根的保K+, 作用。

  • 與灰楸相比,SKOR在滇楸中對干旱脅迫有更好的敏感性。

  • 灰楸根和滇楸根中的SKOR基因表達對PEG脅迫敏感,但是灰楸根中SKOR的表達下調(diào)有利于細胞中K+的保留。



結(jié)論


本研究發(fā)現(xiàn)兩種梓屬植物的根細胞在模擬干旱條件下均受損,導(dǎo)致干旱處理下K+外排增加。研究提出,ABA可以通過減少K+流出,抑制SKOR的表達和K+通道的活性來提高抗旱性。然而,研究發(fā)現(xiàn)的ABA依賴型和非ABA依賴型兩個模式,在兩種梓屬植物中分別表現(xiàn)為耐旱性和干旱敏感性的不同反應(yīng)。在這項研究中,NMT技術(shù)能夠?qū)崟r檢測木本植物根部K+動態(tài)變化而不損害細胞,是一項十分有利的檢測技術(shù)。今后的研究將結(jié)合分子生物學(xué)的方法,應(yīng)用NMT來揭示ABA調(diào)控K+通道基因的機制,期望通過分子生物學(xué)方法和電生理方法的結(jié)合來提高對經(jīng)濟樹種耐旱機理的認識。



離子流實驗使用的測試液

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