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主题: 根毛检测-NMT应用成果

根毛检测-NMT应用成果 2016-07-25 10:35 #1629

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Plant Cell :液泡NH4+流速变化影响根毛发育的新机制

(文献编号:C2014-006


NH4+是植物营养和信号调节的一种重要物质,同时过量的NH4+也会对植物产生毒性。NH4+作为一种重要的信号调节物质在植物细胞层面上是如何发挥其调节作用的,目前的研究还不明确。


该研究以拟南芥根毛细胞和液泡为材料,利用非损伤微测技术(NMT)检测了根毛尖端的Ca2+和液泡的NH4+的流速,发现根毛在正常的生长发育过程中尖端的Ca2+浓度呈梯度分布的稳态,是受到胞内NH4+的调控的。当环境中的NH4+浓度过高时,会破坏正常的Ca2+浓度梯度的分布。为了维持根毛的正常生长,当NH4+浓度升高时,位于液泡膜的胞内钙浓度蛋白激酶([Ca2+]cyt-associated protein kinase, CAP)即会将多余的NH4+区隔化到液泡内,以维持根毛正常生长所需的Ca2+浓度梯度。当CAP1被敲除后,根毛在正常培养基(MS)中无法生长,而生长环境中如果减少NH4+的浓度(MS-NH4+)时,根毛又恢复正常的极性生长状态。


研究同时结合膜片钳技术和分子生物学等技术,证明了根毛正常生长的稳态受到NH4+的调节,而CrRlk1L家族的CAP1参与了维持根毛正常发育所需的胞内NH4+浓度的调节,这是一种全新的调节模式。非损伤微测技术(NMT)为文章证明该结论提供了直接的证据。



图注:左图为cap1-1突变体拟南芥根毛尖端Ca2+流速;右图为CAP1调控胞内NH4+稳态的模式图。正值表示外排,负值表示吸收。






Plant, Cell & Environment:植物镉毒害的新机制——K+/Ca2+平衡的打破(文献标号:C2012-009


重金属镉离子(Cd2+)的毒性机制是近年来生命科学、环境科学等领域的研究热点。Cd2+影响植物对营养物质的吸收、转运和利用。但是,Cd2+毒害的作用机制还不清楚。


2012年,南京大学盐生植物实验室的研究成果“Cadmium Impairs Ion Homeostasis by Altering K+ and Ca2+ Channel Activities in Rice Root Hair Cells”在《Plant, Cell & Environment》(2010 IF 5.145)杂志发表,揭示了Cd2+造成毒害的重要机制。


这本文使用非损伤微测技术(NMT)等手段深入研究了Cd2+对水稻根毛细胞Ca2+、K+平衡的影响,发现Cd2+能诱导细胞的去极化,阻碍细胞对Ca2+和K+的吸收,减少根内K+的净含量。这是Cd2+破坏植物离子平衡的直接证据。


这一研究直接而简洁地证实了Cd2+通过改变Ca2+和K+的变化而影响胞内的离子平衡,并伴随着H+的改变。使用NMT进行的活体测定,是研究进出细胞离子的关键手段,揭开了离子之间相互作用破坏胞内的离子平衡,进而产生离子毒害。



图注:Cd对水稻根毛细胞Ca2+流速的影响。正值表示外排,负值表示吸收。







铁营养——Plant Science:水稻OsSEC24基因调节植物适应缺铁环境适应能力的分离子机制(文献编号:C2015-006




土壤中含有丰富的铁,但由于铁在中性或碱性土壤的溶解度低,抑制了铁的吸收,而植物可以依靠根际酸化来增加铁的溶解度。已知OsSEC24是一个水稻缺铁上调基因,研究发现碱性(pH8)缺铁条件下,OsSEC24转基因烟草植株的根长和根数均有所增加,但其机理还不清楚。

本文通过非损伤微测技术(NMT)研究了转基因烟草和水稻根部,水稻原生质体,发现在缺铁情况下转基因烟草和水稻较野生型的H+外流增加。加入质膜H+-ATP酶抑制剂矾酸钠后,发现缺铁情况下OsSEC24导致的泌H+增加明显收到抑制。结合RT-PCR和共聚焦显微镜,最终得出OsSEC24调控植物适应缺铁环境的机理:OsSEC24将更多的H+-ATPase转运至细胞膜,使根部更多地向外泌氢,酸化环境,使水稻更容易吸收铁,从而应对缺铁环境。

这是印莉萍实验室使用非损伤微测技术发表的第四篇植物缺铁研究,文章通过非损伤微测技术对H+流速的检测,为植物铁营养的研究建立了一种新的活体检测体系。


图注:-/+矾酸钠处理时,OsSEC24突变体烟草根部H+流速。正值表示外排。






Biology of Reproduction:胞外pH和活性氧的振荡调节拟南芥根毛的尖端生长(文献编号:F2000-009


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。

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
最后修改: 2016-07-25 11:06 由 南极-企鹅.
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