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港中大林汉明、福建农林贾琪：NMT发现阳离子/H+交换体促Na吸收负调控大豆耐盐
转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟
基本信息
主题：NMT发现阳离子/H+交换体促Na吸收负调控大豆耐盐
期刊：Physiologia Plantarum
影响因子：4.148
研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台
标题：The soybean plasma membrane-localized cation/H+ exchangerGmCHX20a plays a negative role under salt stress
作者：林汉明（香港中文大学），贾琪（香港中文大学、福建农林大学）
检测离子/分子指标
Na+
检测样品
4日龄BY-2细胞
中文摘要（谷歌机翻）
阳离子/H+交换器（CHX）在植物中具有多种功能，包括成为应对盐胁迫的保护机制的一部分。GmCHX1已被确定为大豆主要耐盐数量性状位点（QTL）的致病基因，但对同一QTL中发现的另一个近似基因GmCHX20a知之甚少。在本文中，对GmCHX20a和GmCHX1进行了研究。这两个基因的表达模式和这两个转运体过表达所引导的Na+流速方向是不同的，说明它们在功能上是不同的。GmCHX20a的异位表达导致盐敏感性和渗透耐受性的增加，这与其在增加Na+吸收到根部的作用一致。虽然这似乎有悖于直觉，但事实上这可能是大豆可以反作用于渗透胁迫的机制的一部分，而渗透胁迫通常表现在盐度胁迫的初始阶段。另一方面，来自耐盐大豆的GmCHX1被证明在盐胁迫下通过Na+外排来保护植物。综上所述，这些结果表明，GmCHX20a和GmCHX1可能通过协同努力互补发挥作用，以应对盐度升高导致的渗透胁迫和离子胁迫。
离子/分子流实验处理
100 mM NaCl 实时处理
离子/分子流实验结果
通过非损伤微测技术（NMT）记录了有无NaCl处理的细胞Na+流速。在检测之前，让处理过的细胞平衡2 min。在含有低水平Na+（0.101 mM）的基础培养基中，GmCHX20a转基因BY-2细胞系表现出低水平的Na+内流（图1A, C），而GmCHX1转基因株系、野生型和空载体株系则表现出低水平的Na+外排（图1）。当用100 mM NaCl处理时，在GmCHX1转基因株系中Na+外排显著增强（图1B, C），而野生型和空载体株系保持低水平的Na+外排（图1）。相比之下，GmCHX20a转基因株系表现出低水平的Na+内流（图1A, C）。显然，盐处理增强了GmCHX1的Na+外排，而GmCHX20a维持了Na+的内流水平。这一结果支持了GmCHX20a总体上促进Na+内流，而GmCHX1促进盐胁迫下Na+外排的观点。
图1. GmCHX20a和GmCHX1控制Na+向相反方向移动
其它实验结果
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盐胁迫诱导了GmCHX20a的表达。
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GmCHX20a定位在质膜上。
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GmCHX20a的异位表达增加了BY-2细胞对盐胁迫的敏感性。
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GmCHX20a的异位表达增加了大豆毛状根和拟南芥的盐敏感性。
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GmCHX20a的异位表达提高了BY-2细胞的渗透耐受性。
结论
在盐胁迫的早期渗透胁迫阶段，GmCHX20a被诱导促进Na+在根中的积累。同时，为避免抵消GmCHX20a的功能，促进Na+外排的GmCHX1的表达被抑制。Na+的积累是维持蒸腾的“廉价渗透剂”。细胞区室中过量的Na+会通过定位于液泡膜的阳离子转运体的功能被隔离在液泡中，如同之前报道的GmNHX1。随后在离子胁迫阶段，植物需要防止Na+积累造成的伤害，特别是在叶片等敏感组织部位。然后GmCHX20a的表达受到抑制，以防止根中过量积累的Na+可能被转运到叶片中。同时，GmCHX1的表达被恢复，以去除根部多余的Na+，从而阻止高水平的Na+到达地上部分。同源基因GmCHX20a和GmCHX1可能是局部基因复制事件和新功能化的结果，因此为大豆对抗盐诱导损伤提供了互补功能。
测试液
0.5 mM NaCl, 0.1% sucrose, pH 5.7
仪器采购信息
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据中关村NMT产业联盟了解，福建农林大学于2015年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。
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据中关村NMT产业联盟了解，厦门大学于2019年采购了旭月公司的非损伤微测系统。
文章原文：https://doi.org/10.1111/ppl.13250
关键词：大豆；盐胁迫；渗透胁迫；Na+；协同互补
