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Plant Soil西南大学:NMT发现镁通过调节IAA极性运输促根冠微区碱化缓解杨树铝毒

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[成果与文献分享]

Plant Soil西南大学:NMT发现镁通过调节IAA极性运输促根冠微区碱化缓解杨树铝毒

 楼主| xuyue_2017 发表于 2020-12-23 11:41  
查看: 25925|回复: 0|
本帖最后由 xuyue_2017 于 2020-12-23 11:42 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:NMT发现镁通过调节IAA极性运输促根冠微区碱化缓解杨树铝毒
期刊:Plant and Soil
影响因子:3.299
研究使用平台:NMT重金属创新平台
标题:Magnesium alleviates aluminum toxicity by promoting polar auxin transport and distribution and root alkalization in the root apex in populus
作者:西南大学李楠楠、张圳

检测离子/分子指标
H+(pH),IAA

检测样品
杨树根
IAA:根尖(根冠至300 μm处)
H+(pH):距根尖0、300、600、900、1200、1500、1800 μm根表上的点


中文摘要(谷歌机翻)

杨树能耐受高浓度Al胁迫。然而,Mg减轻Al毒作用的机制尚不清楚在白杨树上仍然是未知的。

在本研究中,提供足够的Mg高浓度Al对杨树的毒害作用胁迫、根表pH梯度、Mg和Al通过电生理分析、荧光染色等方法检测根尖的摄取量,生长素分布与转运动力学在根尖也检测到了。

在本研究中,我们发现适当的Mg供应可以减轻高浓度Al对杨树根系生长的毒害。Mg促进了杨树根表pH梯度的升高,导致根系过渡带发生碱化,防止了Al对根系伸长的毒害作用。用DR5:GFP报告子测定了生长素在杨树根尖的分布。Al毒害抑制了极性生长素在根过渡区的运输和分布,但Mg的供应则部分缓解了这种作用。用非损伤微测技术(NMT)对生长素转运蛋白突变体pin-format-2pin2)进行进一步的检测,结果表明Mg通过PIN2基生长素极性转运,调节过渡区根表碱化,减轻Al毒。mrs2突变体的转录组分析和酵母互补实验也揭示了Mg、生长素和Al之间的相同关系。

目前的研究表明,Mg促进生长素的极性运输和分布导致根表面pH值调节升高,以及进一步减轻Al毒性。我们的部分结果阐明Mg的解毒作用机理木本植物中高浓度的Al。



离子/分子流实验处理方法

3-4周龄杨树苗放到0.5 mM CaCl2溶液中(pH 4.0)进行酸适应3 h,然后在4种不同处理下(对照、+Mg (1.5 mM)/+Al (500 μM)、-Mg/-Al、-Mg/+Al)处理2 d。


离子/分子流实验结果

使用NMT技术检测了根尖的IAA流速,结果表明,在+Al/-Mg条件下,根尖处的IAA 流速显著低于+Al/+Mg条件下的流速(1)。
图1.杨树根尖IAA流速变化
通过NMT技术测量杨树根轴上的表面pH值,杨树过渡区由传感器指示(图2A)。在缓冲溶液适应条件下,杨树根系表面在+Mg/-Al条件下的pH值高于在-Mg/-Al条件下在过渡区附近的pH值(图2B)。Al暴露3 h后,+Mg和-Mg植株沿根轴的根表面pH值存在差异(图2C)。Al胁迫3 h后,pH峰值出现在300 μm左右。在根轴上,+Mg植物根表面pH值逐渐恢复到Al暴露前的状态。然而,-Mg植物的这种能力被削弱了。Al胁迫24 h后,+Mg植株根表pH值恢复到Al处理之前的状态。-Mg植株过渡带根表pH值低于+Mg植株。此外,在-Mg条件下,沿根轴的根表面pH值不会恢复到-Al条件下观察到的水平(图2D)。
图2. Mg缺乏和Al毒害引起根轴pH分布的变化抑制了杨树根分生区表面的碱化


其他实验结果

  • Mg的供给对杨树抗Al胁迫有缓解作用。
  • 在缺Mg条件下的植物根部有更多的Al积累。另外,在没有Al处理的情况下,在缺Mg和充足Mg条件下,Mg的累积几乎没有差异。然而,在Al处理下,有足够Mg的植物根中的Mg积累明显高于缺Mg植物。同时,在Mg供应充足的培养基中,与-Al处理相比,Al胁迫下根系中Mg的累积量较少。
  • Al3+主要分布在根尖中,Mg的存在阻止了Al在植物根系中的积累。
  • 转录组测序结果表明大多数与细胞壁修饰相关的基因存在差异表达。
  • 检测了两个主要柠檬酸输出基因PtrMATE1PtrMATE2在杨树中的表达水平。Al胁迫下,杨树根尖PtrMATE1表达上调。PtrMATE2在缺Mg条件下下调,Al胁迫下下调更明显。
  • 镁转运蛋白基因PtrMGT1在Mg缺乏和Al胁迫下下调,只有在Mg供应充足和Al胁迫的情况下,PtrMGT2才显著上调。
  • Mg改善了植物生长素的极性转运和过渡区植物生长素的分布。
  • Mg促进生长素极性运输和Al胁迫下根系过渡带表面碱化的结果在拟南芥中得到证实。
  • Mg转运蛋白基因的表达在一定的Mg浓度范围内能在一定程度上减轻Al对植物的生长抑制。


结论

本研究表明,Mg促进生长素在根尖的极性运输和分布,并通过调节质膜H+-ATPase的活性来改变H+流速,从而导致根表碱性化。过渡区pH值的增加减轻了Al的毒性。这些结果为外源Mg减轻植物根尖Al毒作用提供了新的解释。


测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.3 mM MES, pH 4.0

关键词:Mg;Al耐受性;H+-ATPase;生长素流速;杨树

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