加州大学栾升、兰大何凯：NMT发现AtPiezo介导植物根冠Ca2+流响应机械力

 NMT作为生命科学底层核心技术，是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年，NMT已扎根中国15年。2020年，中国NMT销往瑞士苏黎世大学，正式打开欧洲市场。

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现AtPiezo介导植物根冠Ca²⁺流响应机械力

期刊：International Journal of Molecular Sciences

影响因子：4.556

研究使用平台：NMT机械刺激信号研究创新平台

标题：AtPiezo Plays an Important Role in Root Cap Mechanotransduction

作者：加州大学伯克利分校栾升，兰州大学何凯、Xianming Fang

 

检测离子/分子指标

Ca²⁺

 

检测样品

拟南芥根冠（距根尖0 μm根表上的的点）

 

中文摘要（谷歌机翻）
       植物在生长发育过程中会遇到各种各样的机械刺激。目前认为，机械敏感离子通道在植物对机械力的初始感知中起着至关重要的作用。近十年来，动物机械敏感离子通道Piezo的研究取得了重大进展。事实证明，在动物的各种生理过程中，机械力的感知是不可或缺的。然而，目前对其同源物在植物中的功能还知之甚少。本研究通过对AtPiezo基因在模式植物拟南芥中的功能研究，发现AtPiezo在植物根冠对机械力的感知中起作用，Ca²⁺的流动参与了这一过程。这些发现有助于我们从植物的角度理解AtPiezo的功能，并为植物根冠响应机械刺激的机制提供新的见解。

 

离子/分子流实验处理

 5日龄拟南芥幼苗

 

离子/分子流实验结果

        在动物体内，Piezo蛋白作为非选择性阳离子内流离子通道发挥作用。特别是Piezo蛋白主要介导Ca²⁺的流速。研究使用非损伤微测技术（NMT）来检测根冠中Ca²⁺的流速（图1A）。在液体测试环境中，研究发现WT根冠处的净Ca²⁺内流速率明显高于atpiezo突变体的内流速率（图1B, C）。这些结果表明AtPiezo可能影响根冠中Ca²⁺的流动。

 

图1. AtPiezo影响植物根冠Ca²⁺流速。（A）采用NMT测量Ca²⁺速率的位置示意图。（B）在培养基上生长5天的Col-0、piezo-1和piezo-c1幼苗的净Ca²⁺速率。（C）根冠尖端Ca²⁺流速的实时变化情况

 

其它实验结果

• 本研究在筛选的37种代表性的植物中都发现了Piezo基因，并且Piezo蛋白的C端结构域是保守的。

• AtPiezo在拟南芥根和幼叶中高度表达。在幼苗的根中，AtPiezo在根维管系统和根尖中特异性表达。根尖的横截面显示AtPiezo主要在根冠中表达。RT-PCR的结果与GUS染色结果一致。

• AtPiezo可能影响植物根系对培养基表面力的响应。

• 当拟南芥在含有0.8%琼脂的培养基中生长时，atpiezo突变体中螺旋根和侧根的数量都比WT多。

• 研究推测atpiezo突变体的根冠对机械力的敏感度较低，导致根冠形态发生改变，可能会影响根的生长方向，决定根的结构。

 

结论

       本研究认为AtPiezo在根系对机械力的响应中起重要作用。AtPiezo作为一种潜在的阳离子通道，可能在不同的机械刺激下影响Ca²⁺的转运。Ca²⁺调控根中多个下游生物事件，如根尖的生长发育和根冠形态。AtPiezo基因的缺失导致植物对根系机械力的响应中断。

       进一步确定AtPiezo的功能，本研究克隆了AtPiezo基因的CDS序列，长度为7455 bp。经过多次尝试，在一株特殊的细菌菌株EPI400中成功构建了植物表达载体。但AtPiezo基因的表达载体不能在农杆菌中存在。因此，本研究尚未获得AtPiezo基因的转基因株系。

       AtPiezo不仅在根冠中高表达，而且在维管组织、保卫细胞和花粉中也有表达。进一步的研究将集中于AtPiezo在这些组织中作用的研究。本文目前对AtPiezo的研究揭示了植物与动物之间Piezo作用的异同。它使我们更好地了解植物对机械力的响应过程。

 

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, pH 6.0

 

仪器采购信息

• 据中关村NMT产业联盟了解，兰州大学草科院、生科院分别于2016年、2019年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

 

公司动态：兰州大学“单一来源”采购扬格非损伤微测系统

 

文章原文：https://doi.org/10.3390/ijms22010467

 

关键词：拟南芥；机械刺激；机械敏感离子通道；AtPiezo；根冠；Ca²⁺