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集大谢潮添:NMT发现H2O2和Ca2+调控坛紫菜排Na+保K+应答盐胁迫

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[成果与文献分享]

集大谢潮添:NMT发现H2O2和Ca2+调控坛紫菜排Na+保K+应答盐胁迫

 楼主| xuyue_2017 发表于 2021-4-6 14:53  
查看: 45932|回复: 0|
本帖最后由 xuyue_2017 于 2021-4-6 17:29 编辑




感谢本文一作,集美大学王文磊副教授供稿

基本信息
主题:NMT发现H2O2和Ca2+调控坛紫菜排Na+保K+应答盐胁迫
期刊:Journal of Applied Phycology
影响因子:3.016
研究使用平台:NMT植物耐盐创新平台
标题:Salt stress-induced H2O2 and Ca2+ mediate K+/Na+ homeostasis in Pyropia haitanensis
第一作者:王文磊、邢磊;通讯作者:谢潮添,集美大学

检测离子/分子指标
Na+,K+,H2O2,Ca2+
检测样品
坛紫菜叶状体

中文摘要

本文研究分析了高盐条件下坛紫菜H2O2的产生及其对K+、Na+和Ca2+转运的影响。高盐胁迫(110‰, 15 min)使坛紫菜细胞内H2O2含量和外排速率迅速增加,这与超氧化物歧化酶活性的迅速增加相一致。盐胁迫诱导Na+外排和Ca2+内流的增加受到NADPH氧化酶抑制剂(DPI)或ROS清除剂(DMTU)的显著抑制。同时,质膜Ca2+通道抑制剂(verapamil)使Na+外排减少。这表明NADPH氧化酶介导产生的H2O2可能通过调控Ca2+依赖的Na+/H+逆向转运体促进盐胁迫下坛紫菜叶状体的Na+外排。此外,盐诱导的H2O2增强了K+外排,而外源Ca2+缓解了K+外排。H2O2和Ca2+可能独立调控坛紫菜的K+稳态。H2O2诱导的K+渗漏可能诱导细胞从正常的代谢活动转向与适应和修复相关的代谢活动。本研究为阐明潮间带海藻应答盐胁迫中ROS信号与离子稳态的关系提供了新见解。

离子/分子流实验处理
H2O2
1. 110‰高盐胁迫(S110)处理30 min 2. 对照(S30)+1 mM H2O2处理30 min 3. S110+10 μM DPI处理30 min 4. S110+10 mM DMTU处理30 min 5. S110+100 μM verapamil处理30 min
Na+,K+,Ca2+
1. S110处理15 min 2. S30+1 mM H2O2处理15 min 3. S110+10 μM DPI处理15 min 4. S110+10 mM DMTU处理15 min 5. S110+1 mM H2O2处理15 min

离子/分子流实验结果

H2O2在S110处理下显著外排,平均外排速率为93.71 pmol cm-2s-1,显著高于对照组(S30)。与S110处理相比,DPI和DMTU处理使H2O2的外排速率显著降低,平均流速分别为43.89 pmol cm-2s-1和-2.77 pmol cm-2s-1。此外,S30和S30+H2O2处理间差异不显著,平均流速分别为-0.94 pmol cm-2s-1和4.32 pmol cm-2s-1。Ca2+通道抑制剂verapamil的加入使H2O2外排速率从93.71 pmol cm-2s-1降低到14.20 pmol cm-2s-1。

S110处理显著诱导了Na+外排。进一步分析发现,S30和S110处理下的Na+平均外排速率分别为-1901.92 pmol cm-2s-1和6691.27 pmol cm-2s-1。DMTU的加入显著降低了S110诱导的Na+外排速率,甚至在某些时间点产生内流(S110+ DMTU)。在高盐胁迫下,DPI也显著抑制了叶状体的Na+外排(S110+DPI)。此外,S110+H2O2处理显著提高了叶状体的Na+外排,而S30+H2O2对叶状体的Na+外排没有明显的增强作用。

虽然高盐胁迫会引起坛紫菜叶状体K+外渗,但外源DMTU或DPI的加入明显抑制了K+外排。在S30处理中添加外源H2O2显著诱导了坛紫菜叶状体的K+外排,而在S110处理下H2O2对叶状体的K+外排无显著影响。S30、S110、S110+DMTU、S11+DPI、S30+H2O2和S110+H2O2处理下的平均K+外排速率分别为-155.59、935.66、362.57、277.68、1121.70和654.74pmol cm-2s-1。

       正常条件下,坛紫菜叶状体Ca2+流速在0 pmol cm-2s-1左右波动,而在高盐胁迫下Ca2+则显著内流。S30和S110处理下Ca2+平均流速分别为-3.77和-167.73 pmol cm-2s-1。S30加外源H2O2处理后叶状体的Ca2+内流,内流速率为-13.98 pmol cm-2s-1。ROS清除剂DMTU能显著抑制盐胁迫诱导的坛紫菜Ca2+内流,平均流速为-19.93 pmol cm-2s-1,仅为S110处理的11.90%。NADPH氧化酶抑制剂DPI抑制了盐胁迫诱导的Ca2+内流,流速为-49.42 pmol cm-2s-1,仅为S110处理的29.46%。当verapamil抑制Ca2+内流时,Na+外排减少。此外,外源Ca2+缓解了S110处理下坛紫菜细胞K+的外排



其他实验结果
  • 0.1 mM DMTU、10 μM DPI和10 mM Ca2+浓度对缓解S110处理产生的不利影响最有效。
  • SOD活性和H2O2含量呈正相关。


结论

综上所述,高盐胁迫处理15 min内NADPH氧化酶和SOD介导的H2O2产生激活了坛紫菜的防御反应。盐诱导的H2O2促使Ca2+内流,激活了坛紫菜细胞Na+逆向转运。此外,H2O2增强了盐胁迫下坛紫菜细胞的K+渗漏,但外源Ca2+缓解了这种盐诱导的K+外排。因此,在高盐条件下,H2O2和Ca2+可能独立影响坛紫菜K+的转运。本文为植物抗高盐机理提供了新的思路。

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