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主题: 植物抗盐研究最新成果

植物抗盐研究最新成果 2016-03-25 15:16 #837

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Rice:基因组复制提升水稻抗盐性(文献编号:C2014-029



2014年,水稻研究领域的著名期刊Rice刊登了中科院南京土壤所许卫锋教授与香港中文大学合作的题为《Genome duplication improves rice root resistanceto salt stress》的水稻抗盐研究成果。水稻作为重要的粮食之一,也是盐敏感作物。提升水稻抗盐的内外在机制研究甚多,但基因组重复对水稻耐盐性影响的研究却鲜有报道。本研究观察并揭示了多倍体水稻耐盐性提升的重要机制。

研究采用了同一品种的二倍体及四倍体水稻,分别培养在含有0、150 mM NaCl的1/2 MS培养基中。结果显示,生长在盐环境中的水稻,其长势明显受到影响,但四倍体水稻要明显优于二倍体。利用非损伤微测技术,检测了各组样品根部距离根尖0-5000 μm范围的H+流速。结果显示,距离根尖0-1000 μm范围内,两组样品H+流速没有差异,而且在500-1000 μm之间,H+表现为吸收。从距离根尖1000 μm的位点开始至2000 μm,H+外排趋势逐渐增大并达到稳定值。二倍体与四倍体根尖H+流速对比显示,1000-5000 μm区间内,后者H+外排速率显著高于前者,这也间接反映了四倍体植株的根内pH较二倍体低。

此外,实验实验发现,四倍体水稻植株MDA的含量,脯氨酸积累增多,MDA含量减少。ICP-AES检测根部Na+含量结果显示,四倍体水稻根部Na+含量显著降低。微观结构观察结果可见四倍体水稻的皮层细胞与中柱鞘间出现保护性间隙,这可能是阻挡根部吸收过多Na+的关键因素。研究认为,基因组重复可提升水稻耐盐能力,而这一现象可能与四倍体水稻加强了H+外排至根表面从而减少Na+的进入根部有关。



图注:0、150 mM NaCl处理后,二倍体、四倍体水稻根部距离根尖0-5000 μm范围内的H+流速。正值表示外排,负值表示吸收





Tree Physiology:液泡H+-PPase基因(AVP1)提升植物抗盐性的机制(文献编号:C2015-024




2015年底,鲁东大学程显好课题组与中科院上海植生所张洪霞课题组合作,在林木领域知名期刊Tree Physiology上,发表了名为《Overexpression of a Populus trichocarpa H+-pyrophosphatase gene PtVP1.1 confers salt tolerance on transgenic poplar》的树木抗盐领域研究成果。

AVP1(拟南芥液泡H+-PPase基因)提升植株的耐盐耐旱的机制在草本植物中已研究的较为清楚,但H+-PPase在木本植物中的功能还有待深入探究。研究者将黑杨的PtVP1.1(Ⅰ型H+-PPase基因)转至拟南芥与白杨上,以观察其功能。结果显示,150 mM NaCl条件下,PtVP1.1高表达白杨同对照组相比,长势更好。PtVP1.1转基因品种相比于野生型,其微粒体膜小泡H+-PPase水解活性更强。Na+、K+含量分析显示,PtVP1.1高表达品种的耐盐性提升与其体内Na+下降、K+上升相关。

研究利用非损伤微测系统(NMT),检测了PtVP1.1高表达白杨与野生型经0/150 mM NaCl处理后,根部分生区、伸长区、成熟区的Na+、H+流速。结果显示,正常生长环境下,两组样品根部Na+流速无差异,对照组H+吸收速率更高。盐胁迫时,PtVP1.1高表达白杨相比于野生型,其根部具更强的排Na+吸H+能力(Na+外排速率、H+吸收速率均高与野生型)。这一结果为PtVP1.1提升木本植物耐盐性提供了活体生理证据。

世界三大林木逆境研究中心之一,北京林业大学陈少良教授课题组也参与这项研究。此课题组是目前国内应用NMT出产成果最多的单位。此前,陈少良教授受德国哥廷根大学之邀,合作撰写林木抗逆领域综述,NMT作为综述报道的主角之一,已经为越来越多的抗逆研究者所亲睐,并逐渐成为逆境研究的必备技术。


图注:PtVP1.1高表达组与野生型白杨,经0/150 mM NaCl处理后,根部分生区、伸长区的Na+、H+流速





Plant Physiology:NaCl诱导杨树根细胞和组织离子流的转换(文献编号:C2009-004




土壤的盐碱化很严重,引起了诸多农业和环境问题。如何研究植物对盐碱胁迫的反应,寻找能够抵御盐碱胁迫的植物品种,是我们应对土壤盐碱化的手段之一。盐胁迫对植物影响的机制在过去进行了大量研究,然而,木本植物的盐胁迫以及抗盐研究,不但难度大,而且对于机理的认识停滞不前。

北京林业大学陈少良实验室使用“非损伤微测技术(NMT)”测定了抗盐品种胡杨和盐敏感型品种群众杨根、细胞和原生质体的H+、Na+和Cl-流速,比较了短期处理和长期处理后两个品种间排Na+的能力。长期胁迫导致根原生质体Na+外流增加,H+内流增加。这种NaCl诱导的Na+/H+交换被Amiloride和矾酸钠抑制,说明胁迫后胡杨Na+的排出是Na+/H+反向转运体主动跨膜的结果。相比较而言Na+/ H+反向转运体在盐胁迫后的群众杨根组织和细胞水平都缺乏。此外,盐胁迫的胡杨根中保留着比群众杨更高的排Cl-能力。胡杨根中NaCl诱导的H+、Na+和Cl-流与等渗甘露醇所引起的离子流不同,表明离子流的转变主要是由离子效应引起。

这项研究通过非损伤微测技术获得了杨树在盐胁迫下的H+、Na+和Cl-流的图谱,发现了抗盐性的胡杨具有很强的排Na+和排Cl-的能力,以及Na+/H+反向转运体的活性,这是胡杨能够忍耐高盐胁迫的关键因素之一。同时,这项研究建立了系统的植物逆境研究的非损伤微测技术实验方法,为本领域的研究奠定了基础。


图注:pH 5.5/6.0/7.0条件下,胡杨根原生质体的Na+流速。正值表示外排,负值表示内流





Plant Cell :Plant Cell发表NMT在蛋白质功能研究上的新成果(文献编号: C2010-002




质膜H+-ATPase在植物响应盐碱胁迫,维持体内离子平衡中起着重要的作用。因此,阐明质膜H+-ATPase活性的调节机制,对于我们理解植物响应盐碱胁迫的反应至关重要。以前的研究发现,拟南芥蛋白激酶PKS5抑制质膜H+-ATPase的活性,进而负向调节植物的盐碱胁迫反应。

2010年,北京生命科学研究所的郭岩实验室在《Plant Cell》报道了一个分子伴侣J3能够激活PM-H+-ATPase,且抑制PKS5的活性。当植物缺乏J3时对外部的盐碱胁迫超敏感,PM-H+ATPase的活性也下降。使用非损伤微测技术在活体拟南芥的根部进行了原位测量,证实不同的基因所调控的质子外流(H+efflux)的差异,说明了蛋白之间的相互作用。本研究发现,分子伴侣蛋白J3可以和PKS5相互作用,并且抑制PKS5激酶活性,进而正向调节质膜H+-ATPase的活性及植物对盐碱胁迫的反应。

本研究鉴定了一个新的PKS5信号转导途径的成分正调控PM-H+-ATPase的活性,PM-H+-ATPase的磷酸化状态对拟南芥应对环境刺激非常重要。这些工作揭示了拟南芥中的分子伴侣蛋白J3通过抑制蛋白激酶PKS5活性参与调节PM H+-ATPase的活性及植物盐碱胁迫反应的机理。


图注:不同基因型拟南芥根部的H+流速图。正值表示外排。





Plant Journal :转录因子WRKY8调节拟南芥抗盐性的机制研究(文献编号: C2013-021




极端温度、干旱等这些非生物胁迫是全世界范围内作物减产的主要原因,其中,土壤盐碱化是其中最重要的影响因子之一。WRKY家族是一类植物特有的转录调控因子,在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中拥有74个成员。有研究表明,WRKY因子家族成员参与调控植物的抗逆反应,但WRKY蛋白介导的逆境信号转导途径仍不清楚。

文章中使用非损伤微测技术测定了WRKY8突变体、VQ9突变体和野生型在盐胁迫下K+的流速,为WRKY8与VQ9参与调控了植物在盐胁迫下的 Na+/K+离子动态平衡提供了直接有效的证据。研究的结果表明,拟南芥WRKY8基因受高盐胁迫的强烈诱导,WRKY8突变体抗盐性显著下降。WRKY8基因可以和VQ9蛋白相互作用形成蛋白复合物,VQ9能降低WRKY8因子的DNA结合能力,从而拮抗WRKY8的转录激活功能。

目前非损伤微测技术在植物盐胁迫方面取得成果非常多,本文通过研究WRKY8和VQ9之间有相互作用,建立了WRKY8调节植物抗盐的新机制,丰富了植物抗盐领域的成果,更为后续通过改变转录因子提高植物的抗盐性提供了重要的参考价值。


图注:图注:不同抗盐品种谷物的K+和H+流速变化趋势。正值表示外排,负值表示内流。





盐胁迫、抗盐、耐盐文献
(国内学者利用扬格非损伤微测系统发表)



1)The Arabidopsis chaperone J3 regulates the plasma membrane H+-ATPase through interaction with the PKS5 kinase(Plant CellF2010-002

2)Paxillus involutus strains MAJ and NAU mediate K+/Na+ homeostasis in ectomycorrhizal Populus × canescens under NaCl stress
Plant Physiology C2012-010

3)NaCl-induced alternations of cellular and tissue ion fluxes in roots of salt-resistant and salt-sensitive poplar species(Plant PhysiologyC2009-004

4)Conserved V-ATPase c subunit plays a role in plant growth by influencing V-ATPase-dependent endosomal trafficking(Plant Biotechnology Journal C2016-002

5)HbCIPK2, a novel CBL-interacting protein kinase from halophyte Hordeum brevisubulatum, confers salt and osmotic stress tolerance(Plant, Cell & Environment C2012-020

6)Effects of non-uniform root zone salinity on water use Na+ recirculation, and Na+ and H+ flux in cotton( Journal of Experimental BotanyC2012-002

7)A Na+/Ca2+ exchanger-like protein (AtNCL) involved in salt stress in Arabidopsis(Journal of Biological ChemistryC2012-025

8)Extracellular ATP Signaling Is Mediated by H2O2 and Cytosolic Ca2+ in the Salt Response of Populus euphratica Cells(PLoS ONE C2012-024

9)NaCl-elicited, vacuolar Ca2+ release facilitates prolonged cytosolic Ca2+ signaling in the salt response of Populus euphratica cells(Cell Calcium C2015-009

10)The wheat NHX antiporter gene TaNHX2 confers salt tolerance in transgenic alfalfa by increasing the retention capacity of intracellular potassium (Plant Molecular BiologyC2015-016
最后修改: 2016-04-15 13:21 由 Magee.
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