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PCE中国农科院作物所:GmSALT3通过两种不同机制诱导植物排Na+排Cl-响应盐胁迫

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[成果与文献分享]

PCE中国农科院作物所:GmSALT3通过两种不同机制诱导植物排Na+排Cl-响应盐胁迫

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 楼主| xuyue_2017 发表于 2021-5-18 14:47  
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感谢本文一作,中国农科院作物所关荣霞研究员校稿
基本信息
主题:GmSALT3通过两种不同机制诱导植物排Na+排Cl-响应盐胁迫
期刊:Plant Cell and Environment
影响因子:6.362
研究使用平台:NMT植物耐盐创新平台
标题:Soybean CHX-type ion transport proteinGmSALT3 confers leaf Na+ exclusion via a root derived mechanism, and Cl- exclusion via a shoot derived process
第一作者:中国农科院作物所关荣霞,阿德莱德大学Yue Qu
通讯作者:中国农科院作物所邱丽娟,阿德莱德大学StefanieWege、Matthew Gilliham
检测离子/分子指标
K+、Na+、Cl-
检测样品
爪蟾卵母细胞
中文摘要
大豆(Glycine max)产量受包括土壤盐渍化在内的多种胁迫影响。GmSALT3(一种阳离子-质子交换蛋白)可通过调节地上部Na+和Cl–外流来提高大豆耐盐性,然而,定位于ER的GmSALT3如何实现这一功能还不清楚。本研究分别利用异源系统和包含一个全长GmSALT3(NIL-T;耐盐)、一个截短转录本Gmsalt3(NIL-S;盐敏感)的近等基因系,对GmSALT3的功能进行研究。在异源系统中,GmSALT3能够恢复大肠杆菌的K+吸收缺陷,促进爪蟾卵母细胞中Na+、K+和Cl–的内流和积累,而Gmsalt3却没有以上功能。对NILs的时程分析证实,地上部分Cl–外排与Na+外排截然不同。嫁接实验表明,地上部分的Na+外排是通过基于根木质部的机制发生的;与此相反,NIL-T植株的茎木质部和韧皮部汁液中的Cl–含量均显著高于NIL-S植株,表明地上部分Cl–的外排可能基于新的韧皮部的Cl–再循环机制。嫁接于NIL-S砧木上的NIL-T接穗Cl–含量较低,证实了Cl–再循环依赖于地上部分的GmSALT3。总之,这些发现为GmSALT3影响植物耐盐性提供了新的见解,揭示植物地上部Cl–外排的新机制。
离子/分子流实验处理
爪蟾卵母细胞在ND96(96 mM NaCl, 1 mM KCl, 1 mM MgCl2,5 mM HEPES, pH 7.5)中孵育72 h
离子/分子流实验结果
研究使用非损伤微测技术(MIFE)测定卵母细胞质膜的净离子流速,结果表明,注射GmSALT3的卵母细胞与注射H2O的卵母细胞相比,Na+、K+和Cl-的外排减少(图1)。

图1. 爪蟾卵母细胞质膜的Na+、K+、Cl-吸收速率。正值表示吸收,负值表示外排。
其他实验结果
·      表达GmSALT3全长使大肠杆菌中K+含量增加,GmSALT3-YFPGmSALT3_TM10AtKAT1AtCHX20的表达也增加。
·      GmSALT3-YFP在卵母细胞中定位到PM。
·      双电极电压钳电生理学显示,在ND96培养基中培养时,注入GmSALT3的卵母细胞的静息膜电位与注入H2O的卵母细胞相比更正,但没有发现一致的电流差异,这表明通过GmSALT3的运输可能是电中性的。
·      与注射H2O的卵母细胞相比,注射GmSALT3的卵母细胞含有更多的K+、Na+和Cl-。
·      GmSALT3会影响K+、Na+和Cl-在卵母细胞中跨PM的运输。
·      使用100mM NaCl处理发现,NIL-S地上部分、茎和叶中的Cl-、K+含量更高,K+/Na+比却降低了,NIL-T叶片中的K+/Na+比在胁迫第3 d后才明显升高。
·      盐处理10d后,NIL-T的根、茎、叶干重明显增加。
·      100mM NaCl处理4 d后发现,Na+、Cl-在NIL-S的所有气生组织中积累得更多。
·      在根部(主根和侧根),NIL-T比NIL-S积累的Cl-多。
·      100mM NaCl处理4 d后,检测大豆茎韧皮部和木质部汁液中的离子浓度。与NIL-T相比,NIL-S的木质部汁液中的Na+浓度明显更高。与叶片的数据相反,NIL-S的木质部和韧皮部汁液中的Cl-浓度比NIL-T低。
·      对交互嫁接和自嫁接(self-grafted,对照)的植株进行100 mM NaCl处理8 d,结果发现在NIL-S砧木上嫁接NIL-T接穗,叶片Cl-含量比自嫁接NIL-S低。相反,当NIL-S接穗嫁接到NIL-T砧木上时,叶片中Cl-含量与自嫁接NIL-S相比差异不显著。与自接NIL-T植株相比,自接NIL-S植株的Cl-含量要高得多。
·        TEM(透射电子显微镜)成像观察NIL-T和NIL-S韧皮部的超微结构,发现盐处理后的NIL-T和NIL-S在根系韧皮部细胞中的形态没有差异差异,表明缺乏全长GmSALT3不会破坏亚细胞形态,离子流速的变化更可能是GmSALT3诱导排盐的直接原因。
结论

综上所述,本工作对GmSALT3在植物体内和异源系统中的耐盐机制提供了进一步的认识。研究认为,在NIL-T中,全长GmSALT3通过限制Na+在木质部的装载介导Na+和Cl-从地上部分排出,而Cl-则通过韧皮部从地上部分重新转移回根。这是第一次发现一种蛋白质能促进植物韧皮部的Cl-再循环,并使植物具有更好的耐盐性。本研究的数据还表明,GmSALT3是一个具有运输能力的内膜定位蛋白,但还不能说明GmSALT3通过不同细胞类型来改变不同转运过程的确切的细胞机制,这需要进一步研究。利用NIL-T和NIL-S植物进行RNA测序,可能有助于研究GmSALT3是否通过影响转录而赋予大豆耐盐性,以及在盐胁迫条件下, NIL-T和NIL-S的根部有哪些独特的途径和基因可能发生明显变化。
测试液
5 mM NaCl, 0.2 mM KCl, 0.2 mM CaCl2,5 mM HEPES, pH 7.5
关键词:盐耐受;非生物胁迫;大豆;GmSALT3;CHX;离子转运体;地上部分外排




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