OSense O-Sense

 

旭月NMT简报---关键词搜索:

旭月简报(原NMT电子报)

第204期-野大麦对盐胁迫时间的Na+、K+协同响应

       研究使用设备

       短芒大麦,又称为野大麦,是中国北部用于改良土壤的一种单子叶盐生植物。目前为止,其耐盐机制仍然存在争议。

       2016年8月,中国农科院兰州畜牧与兽药研究所王晓力副研究员同兰州大学张金林副教授于Plant Science上发表了“The coordinated regulation of Na+ and K+ in Hordeum brevisubulatum responding to time of salt stress”的研究成果。兰州畜牧与兽药研究所王春梅硕士与兰大夏曾润硕士为共同第一作者。

       结果显示: 100 mM NaCl处理168h,野大麦地上部分Na+浓度随着胁迫时间延长而迅速增加,明显高于小麦,这与25和50 mM NaCl处理时结果类似。即便培养液中的K+浓度从0.01 mM增加到50 mM,对地上部分Na+浓度仍无明显影响。

       有趣的是,100 mM NaCl处理7d后,相比于小麦,野大麦地上部分生长提高了,根系维持较高的活力。接着将处理时间延长至60d,地上部分和根部的Na+浓度峰值分别出现在第7和14天,之后逐渐下降。

       利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT逆境研究工作站,测定不同条件下野大麦根部的Na+和K+流,结果发现:维持K+吸收同时增加Na+外排是长期盐胁迫下降低植物体内Na+浓度的主要途径。

       而且,叶片分泌Na+对组织Na+浓度降低并无影响。因此,推测野大麦在长期盐胁迫下生存的生理机制是最初盐胁迫时地上部分快速积累Na+,然后诱发Na+外排、激活K+吸收以维持组织中的K+/Na+平衡。

     

图注:野大麦根部Na+流检测图

图注:不同浓度、时间NaCl处理后,野大麦根部Na+和K+流测定结果。负值表示吸收,正值表示外排

       截至2017年7月份,国内学者利用旭月非损伤微测系统发表的盐胁迫相关SCI文章,已达64篇,占SCI文章综述的1/3,总影响因子244.929,在研究方向排名上位居第一。盐胁迫研究成果数据统计也显示,非损伤微测系统已经成为植物盐胁迫研究的必备手段之一。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2016-012

第203期-小麦F-box基因TaFBA1提升烟草耐盐能力

       研究使用设备

       F蛋白是SCF复合体的主要亚基。山东农业大学王玮课题组已从小麦中分离得到F蛋白基因TaFBA1,并发现其表达受到盐胁迫的诱导。

       2017年3月,王玮课题组在Plant Science上发表了文章“The Improvement of Salt Tolerance in Transgenic Tobacco by Overexpression of Wheat F-box Gene TaFBA1”。赵中先硕士为本文第一作者。

       研究发现,盐胁迫下,TaFBA1过表达提升了烟草种子的发芽率及根系伸长区长度。长时间胁迫下,相比于野生型,TaFBA1过表达的转基因烟草生物积累量较高、光合作用更稳定;而且其受到的膜损伤较低,抗氧化酶活性高、ROS积累较少。不仅如此,转基因烟草的叶片及根系中Na+含量低而K+含量高。

       同时,研究利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT逆境研究工作站,测定野生型及过表达型烟草中根系及叶片的Na+及K+流,提出了耐盐性与Na+/K+离子区隔化有关的观点。

       研究发现:质膜H+-ATPase、Na+外排及K+吸收速率高于野生型。在液泡膜中,V-ATPase和PPase的活性高于野生型,利于胞内Na+区隔最大化。盐胁迫下,相关基因表达上调。

       结果表明:TaFBA1提升植物的耐盐性与抗氧化性的增强及Na+/K+离子区隔化有关。

     

图注:烟草根系Na+流检测图

图注:野生型及过表达型烟草根系及叶片中Na+及K+流测定

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2017-006

第201期- NMT验证Cu/Zn SOD促进植物富集镉

       研究使用设备

       SOD是一种很重要的ROS清除酶。东南景天是一种Cd/Zn/Pb超富集的植物。

       2017年6月,中国林业科学研究院亚热带林业研究所卓仁英研究员从Cd-超积累型东南景天中分离获得Cu/Zn SOD基因(SaCu/Zn SOD),此基因在Cd胁迫时被诱导表达。文章以拟南芥为研究对象,分析此基因过表达与抗氧化性的关系。

       研究成果在2017年6月于Frontiers in Plant Science上发表,标题为“Overexpressing the Sedum alfredii Cu/Zn Superoxide Dismutase Increased Resistance to Oxidative Stress in Transgenic Arabidopsis”。李真博士、韩小娇博士等三人为共同第一作者。

       结果如下:与野生型相比,SaCu/Zn SOD过表达提高了转基因拟南芥的抗氧化防御能力,包括SOD和POD活性。而且降低了H2O2和O2`-过量造成的损伤。

       利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT重金属研究工作站,测定Cd胁迫下根表面的Cd2+流发现,SaCu/Zn SOD过表达时显著提升了拟南芥根系的Cd吸收能力。

     

图注:拟南芥根部Cd2+流检测图

图注:对照组(CK)与Cd胁迫组(Cd)的野生型及转基因型拟南芥根部Cd2+

       基于微阵列数据的共表达网络显示Cd诱导氧化应激后可能存在氧化调控,说明SaCu/Zn SOD可能参与了网络,提高了ROS清除能力。最终结论为:SaCu/Zn SOD过表达增强了转基因拟南芥的氧化应激抗性。

       此研究成果为更好地理解SaCu/Zn SOD在响应非生物胁迫中发挥的作用提供了理论基础。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2017-011

第199期- NMT揭示嫁接黄瓜根源H2O2促耐盐机制

       研究使用设备

       嫁接是提高植物对非生物胁迫抗性的重要手段,已在生产中得到广泛应用。黄瓜耐盐性弱于南瓜,将黄瓜嫁接到南瓜砧木上能显著提高前者耐盐性。H2O2作为一种重要的活性氧信号分子,参与许多植物生长发育和抗性调控过程。

       前人研究已经证明维持植物体内H2O2平衡对SOS1发挥活性有至关重要的作用。但H2O2在嫁接黄瓜中是如何参与Na+转运过程尚未见报道。

       2017年11月20日,华中农业大学别之龙教授团队在Journalof Experimental Botany杂志在线发表了题为“Rootrespiratory burst oxidase homologue-dependent H2O2 production confers salt tolerance on agrafted cucumber by controlling Na+ exclusion and stomatal closure”的研究论文。

       该研究解析了根源H2O2信号调控嫁接黄瓜耐盐性的机制。牛蒙亮博士为本文第一作者。

       课题组首先构建了黄瓜/南瓜,黄瓜/黄瓜两个嫁接组合,利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology,NMT)的旭月NMT逆境研究工作站,测定了二者根尖与嫁接位点上、下茎中Na+、H+流。

       结果表明:以南瓜为砧木的嫁接苗根系具有更强的Na+外排能力,推测是造成不同嫁接复合体地上部Na+积累差异的直接原因。

图注:南瓜嫁接苗根系Na+流检测图

图注:南瓜嫁接苗根系Na+流检测图

图注:南瓜嫁接苗根系Na+流检测图

       为探究H2O2在嫁接黄瓜中Na+转运过程中的作用,研究人员对不同嫁接复合体的根系盐处理后H2O2进行激光共聚焦观测,发现:南瓜嫁接苗根系盐处理早期存在H2O2爆发现象,推测其作为信号介导了耐盐过程。

       进一步利用NADPH氧化酶抑制剂(DPI)处理根系,结果发现早期H2O2形成受阻、Na+外排与H+吸收均显著下降。且南瓜嫁接苗在盐胁迫下叶片气孔关闭更早,有助于降低失水和维持植株水势。

       基于上述研究结果,课题组提出根源H2O2信号调控嫁接黄瓜耐盐性的机制——南瓜砧木通过控制根源Rboh基因介导的H2O2信号增强了根系Na+外排能力,并通过促进盐胁迫下早期的叶片气孔关闭来适应盐胁迫。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2017-026

第202期-ABA合成关键基因AtLOS5激活Na/H 反向转运体促玉米耐盐

       研究使用设备

       脱落酸(ABA)是植物体内重要的细胞信号,是抗逆性的关键。AtLOS5编码的钼辅因子硫酶是ABA生物合成途径中的关键调节器。

       2016年1月,中国农业大学张明才课题组在Journal of Experimental Botany杂志上发表了题为“Increased abscisic acid levels in transgenic maize overexpressing AtLOS5 mediated root ion fluxes and leaf water status under salt stress”的研究论文。他们探究了ABA合成过程中的关键基因AtLOS5在玉米耐盐胁迫中的作用。

       研究发现,AtLOS5过表达明显上调了ZmVp14-2、ZmAO和ZmMOCO的表达,诱导了ZmNHX1、ZmCBL4和ZmCIPK16的表达,醛氧化酶活性增加,有助于盐胁迫时转基因玉米中ABA积累,抵抗盐胁迫。

       研究利用了基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT逆境研究工作站,检测转基因玉米在100 mM NaCl以及离子转运抑制剂处理后,其根尖K+、Na+和H+流。

       结果表明:AtLOS5过表达能够促进根部Na+外排、H+吸收,减少K+外排,从而维持胞内较高的K+/Na+比。

     

图注:转基因玉米根部Na+流检测图

图注:野生型及过表达型玉米根系Na+流测定

       为了验证上述实验结果,研究人员分别使用阿米洛利(Na+/H+逆向转运抑制剂)、钒酸钠(质膜H+-ATPase抑制剂)以及TEA(K+通道阻断剂),处理盐胁迫后的玉米根。

       结果显示,阿米洛利或钒酸钠处理后,显著促进根部K+外排,减少Na+外排和H+吸收;TEA处理能够抑制K+外排。

图注:经钒酸钠和阿米洛利处理后,野生型及过表达型玉米根系Na+流测定

       除了测定离子流,研究还通过原子吸收分光光度法测定样品的Na+、K+含量,发现盐胁迫时,AtLOS5过表达明显促进K+积累、减少Na+积累,K+/Na+比增加。

       将Na+、K+含量结合上述离子流数据共同验证了ABA合成关键基因AtLOS5提升玉米耐盐能力的机理——激活根部质膜Na+/H+逆向转运体,激活跨膜K+通道,排Na+保K+,维持植物体内的K+-Na+平衡。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2016-003

第200期-菌根缓解干旱胁迫与根部H2O2外排增强相关

       研究使用设备

       基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT逆境研究工作站能够测定特定离子/分子的动态变化,但在不同种类菌根中测定H2O2流的研究成果较为少见。

       2017年2月,长江大学吴强盛课题组在Scientific Reports上发表了文章“Alleviationof drought stress by mycorrhizas is related to increased root H2O2 efflux in trifoliate orange”。这也是该课题组2017年年初,基于丛枝菌根提高柑橘抗旱性作用机理研究,连续在Scientific Reports上发表的三项成果中的其中一项。

       文章中以柑橘幼苗为研究对象,分别探究在湿润(WW)和干旱胁迫(DS)条件下,Funneliformis mosseae(一种丛枝菌根真菌)对植株主根(TR)及侧根(LRs)生长,H2O2、O2`-、MDA含量及H2O2流的影响。

     

图注:柑橘幼苗根部H2O2流检测图

图注:AMF(一种丛枝菌根真菌)对根系H2O2外流及总H2O2外排的影响

       吴强盛教授多年来致力于丛枝菌根提高柑橘抗逆机理的研究,这是他利用旭月NMT逆境研究工作站从事干旱胁迫研究发表的第二篇SCI文章。研究证明了菌根通过增加H2O2外排而减轻植物受到的氧化损伤,从而缓解干旱胁迫造成的影响,为植物干旱逆境研究提供了新思路。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2017-001

第198期-硅酸化纳米壳增强水稻拒Cd能力

       研究使用设备

       基于单细胞的人造纳米壳材料的模拟及设计在微生物及哺乳动物细胞中已有研究,这些合成界面材料赋予活细胞抵抗各种环境胁迫的新颖独特的性能。但是,在高等植物细胞中,化学性纳米包裹研究还未涉及。

       华中农业大学王荔军教授课题组以水稻悬浮细胞为研究对象,将其细胞壁通过模拟硅藻生物矿化使其硅酸化,利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的旭月NMT重金属研究工作站,分析细胞对重金属(Cd2+)胁迫的耐受性。研究成果于2016年10月发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering上,标题为“Multifunctionality of Silicified Nanoshells at Cell Interfaces of Oryza sativa”。马捷博士为第一作者。

       研究测定了水稻悬浮细胞表面的Cd2+流,发现细胞界面的硅纳米壳能够有效吸附Cd2+,迅速将Cd2+隔离并固定在硅酸化细胞壁上;相比普通细胞壁,吸附速率快了6-10倍。因此,细胞表面的硅酸化纳米壳通过抑制Cd2+进入胞内从而增加对Cd的耐受性。

        图注:不同细胞壁在不同浓度Cd2+胁迫时的Cd2+

 

       此外,实验还使用原子力显微镜观察细胞的力学性质,由于硅纳米壳本身的性能,细胞壁明显更加坚固,给予细胞抵抗机械损伤的外界保护。化学性硅酸化细胞利用复合材料,拥有协同优化机械性保护及重金属解毒的多功能性。

       王荔军教授课题组从2014年开始使用旭月NMT重金属研究工作站从事水稻Cd研究,目前利用这一设备发表的SCI文章达到4篇,总影响因子21.615。

 

注:SIET、MIFE、SVET、SPET等技术名称,已经统一为Non-invasive Micro-test Technology,中文名“非损伤微测技术”,简称NMT。

        下载全文:C2016-021