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旭月NMT简报---关键词搜索：

第42期--活性氧（ROS）和pH调节根毛的发育

胞外pH和活性氧的振荡调节拟南芥根毛的尖端生长

图注：上图：WT和rhd2-1突变体根毛在pH6.0，5.0的环境中的发育；下图：根尖H+flux的检测结果

 

根毛是植物吸收养分、水分以及固定植株的重要器官，根毛的发育和功能一直是植物生理学家和农学家的研究重点。根毛生长是通过调节顶端和细胞壁的伸长来完成，活性氧（ROS）和H+ Flux的振荡调节根毛的发育。

威斯康辛大学（University of Wisconsin）的科学家Gilroy等人在《PNAS》发表文章，使用非损伤微测技术和荧光技术发现根毛的振荡生长与胞外pH和活性氧（ROS）的振荡增加有关，这种振荡比生长振荡滞后7s。人为增加胞外的pH 和ROS能够阻止根毛的伸长，清除ROS将引起根毛的快速生长。根毛缺陷的rhd2-1突变体的根毛缺乏NADPH氧化酶ATRBOH C的功能，促进了尖端生长的转变。这种突变体能够通过提高生长环境的pH而产生根毛，如pH大于6.0。通过高pH调节产生的根毛表现出较低的胞内ROS 水平，且缺乏ROS在尖端的振荡。然而，它们也能表现出明显的尖端生长，包括尖端形成Ca2+梯度驱动顶端生长，因此ATRBOH C不是维持尖端生长必须的成分。这些结果表明根毛伸长与空间差异的胞外pH和ROS调控相关，可能影响细胞壁的扩大与细胞的极性。

pH的变化涉及到H+转运体如H+-ATPase和H+或者OH-的通道的振荡激活或去激活。鉴定这些H+转运体和信号元件涉及到H+flux和ATRBOH C活性的共同调控是将来研究的关键。

 

关键词：NADPH氧化酶；质子流(proton  flux)；活性氧(ROS)；根毛；尖端生长；rhd2；ATRBOH C

参考文献：Monshausen GB,etal.PNAS,2007,104:20996–21001

 

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第41期--重金属镉（Cd2+）转运机理的研究

摇蚊肠和马尔皮基管中的镉离子转运

图注：采用非损伤微测技术沿肠腔检测镉离子流速的结果，上图为不同位点Cd2+flux的检测结果，下图为肠腔检测位点示意图。

 

大部分水栖型昆虫在短时间内对镉（Cd2+）不敏感，而摇蚊幼虫的LC50数值超过了美国环境保护局物种敏感分布法公布的最大浓度标准的25,000倍。鉴于此现象，加拿大的研究人员以摇蚊幼虫的肠和马尔皮基管为材料，对Cd2+进出组织的流动速率、镉分泌物以及镉螯合物进行了研究，分析其中的机理。

在该研究中，将摇蚊幼虫浸泡在10μmol/L的Cd2+溶液中，发现马尔皮基管可以在15h之内分泌完全血淋巴负担的Cd2+。采用非损伤微测技术（SIET）沿摇蚊幼虫的肠腔进行检测，发现肠并不完全是Cd2+进入血淋巴的屏障。Cd2+进入血淋巴的关键位点在中肠前端，而中肠后端Cd2+的来源是肠腔，血淋巴吸收和组织中的镉螯合相并存。该研究的结果强调了肠和马尔皮基管在摇蚊幼虫转运和吸收毒性重金属镉的过程中发挥了重要的作用。

这个研究首次将镉离子选择电极和非损伤微测技术应用于动物镉的检测，也是首次在生理学意义上直接检测重金属镉在动物细胞和组织层面的转运机理。非损伤微测技术为我们精确描述了Cd2+转运的平衡机制，准确识别了Cd2+的转运位点，实时获得了Cd2+流进、流出生物样品的速率，为组织转运Cd2+的机制提供了最直接的证据，同时也为这类问题的研究提供了新的思路与模式。

 

关键词：镉(Cadmium);Cd2+选择电极(Cd2+-selective microelectrodes);摇蚊(Chironomus riparius);马尔皮基管(Malpighian tubules)

参考文献：ErinM.Leonard,etal.AquaticToxicology,2009,92:179-186

 

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第40期--识别受体FLS2和EFR通过离子流调节早期的信号转导

识别受体FLS2和EFR通过Ca2+相关的阴离子通道调节早期的信号转导

 

图注：flg22处理后胞外离子变化图。flg22诱导了胞外的碱化和H+的内流，增加了胞外的K+和Cl-浓度，K+和Cl-外流。

植物感知微生物的过程涉及到高度保守的分子标签，一般认为是微生物相关分子模式（MAMPs）。拟南芥的模式识别受体FLAGELLIN- SENSING2(FLS2)和EF-Tureceptor(EFR)是遗传学研究的范例，他们调节植物对细菌病原的防御反应。这些受体通过同源的配体、细菌鞭毛蛋白或者是细菌延长因子Tu刺激，导致防御反应，最终产生抗性。然而人们对这些受体早期的信号转导知之甚少。

2010年，德国的科学家使用非损伤微测技术原位地研究了植物感知病原菌早期的信号转导过程。发现Col-0拟南芥叶肉细胞和根毛的电压负调控分子和离子的释放，膜电势的去极化对flg22或elf18都有剂量依赖性，信号转导的级联放大过程通过两个受体共同作用于同一个质膜离子通道而启动这一过程，去极化是通过胞内Ca2+的叠加形成，这种叠加是去极化必不可少的过程。NADPH氧化酶突变体受到刺激后一直保持去极化，说明有一个活性氧不依赖的膜电势反应。而且，电信号对flg22和elf18严格依赖于FLS2相关的受体相似激酶BAK1 的活性，说明FLS2和EFR的活化导致BAK1依赖，Ca2+相关的质膜阴离子通道的打开是病原防御途径的第一步。

这一研究对FLS2和EFR的功能，植物对病原反应的早期事件有了深入的认识，为揭开植物如何识别病原、如何反应、如何增加对病原的抗性提供了证据。

 

关键词：先天免疫(innateimmunity);Ca2+;离子通道(ionchannels)

参考文献：ElenaJeworutzki,etal,ThePlantJournal(2010)62:367-378

 

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第39期--根的结构和氮源影响植物的营养吸收

不同氮源对针叶树根不同部位铵、硝酸盐和质子吸收的影响

图注：花旗松和美国黑松幼苗主根NO3-、NH4+和H+的流速。正值代表吸收。PC、PA、PN、PAN、MN、MA、MAN表示不同的氮源处理。

 

植物根的结构影响其离子和水分的吸收，不同的氮源也影响植物的营养吸收。花旗松和美国黑松是重要的经济树种，通过检测其幼苗根部的NH4+和NO3-，可了解针叶树对营养的吸收情况。

加拿大的科学家Hawkins应用非损伤微测技术检测到花旗松（Pseudotsugamenziesii）和美国黑松（Pinuscontorta）幼苗根中NH4+、NO3-、H+存在显著的方向变化。在不含N的溶液中对根进行预处理，花旗松无论是NO3-、NH4+的吸收，还是H+的外排均大于美国黑松。不管在环境中有无NO3-，NH4+的吸收速率均相同。分别在距花旗松和美国黑松根尖0-30mm和0-10mm处出现最大的NO3-内流。花旗松根顶点处NH4+流为零或负值（外排），离根顶点5-20mm处NH4+吸收最大。美国黑松在根顶点有一定的NH4+吸收，而最大的吸收出现在离根顶点5mm处。在两类植物根的10mm处均出现最大的H+外流。

本研究说明针叶树根不同区域的营养吸收有很大差别，离子流状况受根的生长和成熟速率的影响。本研究为每个物种的起源收集了数据，然而野生型的针叶树种子通常表现出高度的遗传变异性，已经有证据表明，在针叶树家族中氮吸收速率存在显著差异。这种离子流的图谱为我们认识品种的差异提供了直观的数据，离子流的差异和细胞的分化、伸长、成熟和表皮的死亡有关。

 

关键词：铵吸收(NH4+ uptake)；硝酸盐吸收(NO3-uptake)；质子流(protonflux)

参考文献：B.J.HAWKINS,etal.Plant,CellandEnvironment,2008,31:278-287

 

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第38期--羟自由基激活的K+外流参与细胞凋亡

羟自由基激活的钾离子通道参与胁迫诱导的细胞凋亡

图注：活性氧诱导拟南芥根部K+外流.A：1mMCu/a处理后伸长区K+外流图；B：10mMH2O2诱导后成熟区K+外流图。负值为外流。

活性氧（ROS）是植物体中重要的毒性及调控物质，受一系列生物及非生物胁迫、激素、发育及重力信 号、矿物质代谢缺失等诱导产生。目前，人们已经发现了包括MAPK激酶、转录因子等在内的许多活性氧感知系统。此外，质膜离子通道也可能参与植物的活性氧 感知及活性氧介导的调控反应。活性氧的质膜离子通道在动物关键生理功能中的重要作用已经比较明确，但在植物中，此类离子通道特别是羟自由基（HR）激活的K+通道的性质及功能尚不清楚。

2010年4月7日，英国的科学家Demidchik等人选用野生型（WT）及K+外流通道基因缺失突变体（gork1-1）的拟南芥为研究对象，应用非损伤微测技术、电子顺磁共振（EPR）、膜片钳，以及细胞成像等方法研究了不同处理条件下拟南芥根及其原生质体的K+流速、氧自由基、膜电位、凋亡细胞形态等指标。研究发现，HR及胁迫均可引起拟南芥幼苗根部产生明显的K+外流，但突变体中外流明显较弱。NaCl可诱导根部产生HR进而激活K+通道。突变体gork1-1、经过K+通道抑制剂或HR清除剂处理过的野生型拟南芥根部细胞凋亡比较缓慢。由此得出，植物中HR激活的K+通道也参与了细胞凋亡。

此研究结果提出了ROS调控植物阳离子运输的一个新观点，并阐述了HR激活的K+通道在植物中的生理作用。

 

关键词：钾离子（Potassium）、细胞程序性死亡（Programmed cell death）、 活性氧（Reactive oxygen species）、胁迫（Stress）

参考文献：Demidchik et al. J. Cell Sci. doi: 10.1242/jcs.064352

 

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