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旭月NMT简报---关键词搜索:

Crop J:安徽农大宛晓春|茶树应对干旱时叶肉细胞的生理调节机制|旭月活体研究通讯220期

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NMTPhysiolyzer®活体生理检测仪

     

      2018年初,安徽农业大学茶叶生物学与资源利用国家重点实验室主任、宛晓春教授课题组,针对茶树叶肉细胞质膜H+-ATPase在干旱和复水条件下调节钾稳态的研究成果,在The Crop Journal上发表题为Maintenance of mesophyll potassium and regulation of plasma membrane H+-ATPase areassociated with physiological responses of teaplants to drought and subsequent rehydration的研究成果。这是利用非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT),首次将离子流与膜电位数据相结合,测定茶树叶肉细胞H+、K+和膜电位,揭示茶树在干旱和复水处理下生理的机制变化。张显晨博士为本文第一作者。

活体叶肉细胞H+流、K+流检测。

茶树在干旱、复水条件下,叶肉细胞K+流变化。正值代表外排。

       旱害严重影响茶树生长发育,造成茶叶减产和品质下降。揭示茶树抗旱机理,对培育耐旱茶树品种,应对干旱胁迫具有重要的理论意义。

      课题组以茶树一叶为研究对象,通过PEG和复水模拟干旱和补水灌溉。干旱抑制茶树叶肉细胞质膜H+-ATPase活性,诱导H+内流,介导膜电位去极化,激活K+外排,削弱了叶肉细胞对K+的滞留;复水激活了茶树叶肉细胞质膜H+-ATPase活性,加剧H+外排,超极化膜电位,抑制了K+外排,促进了叶肉细胞对K+的滞留。因此推测叶片质膜H+-ATPase可能参与调控茶树叶片钾稳态对干旱和复水响应。

茶树在干旱、复水条件下,叶肉细胞K+流变化。正值代表外排。

       本文第一作者,来自茶叶生物学与资源利用国家重点实验室的张显晨博士,一直专注茶树逆境研究,已经利用非损伤微测技术,在茶树氟富集、干旱胁迫、酸胁迫、铝胁迫等方向,发表3篇SCI文章、1篇中文核心文章。

  •     Efficient iron plaque formation on tea(Camellia sinensis) roots contributes to acidic stress tolerance. JIntegr Plant Biol. 2018, doi: 10.1111/jipb.12702.
  •     Maintenance of mesophyll potassium andregulation of plasma membrane H+-ATPase are associated with physiologicalresponses of tea plants to drought and subsequent. Crop J. 2018,6(6):611-620.
  •     Al3+-promoted fluorideaccumulation in tea plants (Camellia sinensis) was inhibited by an anionchannel inhibitor DIDS. J Sci Food Agric. 2016, 96(12):4224-30.
  •     Ca2+ 信号在DIDS( 4,4-二异硫氰-2,2-二磺酸)抑制茶树吸收氟的功能研究. 南京农业大学学报.2016.

本文第一作者、安徽农业大学张显晨博士,接受中关村NMT联盟采访

致谢

感谢张显晨博士供稿。

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EST:中科院南土所滕应骆永明|NMT验证根瘤促多氯联苯降解|旭月活体研究通讯219期

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NMTPhysiolyzer®活体生理检测仪

     

      2018年年初,中科院南京土壤研究所滕应研究员、骆永明研究员针对植物修复多氯联苯(PCBs)污染的研究成果,在Environmental Science & Technology (IF 6.653)上发表,研究标题为“Coupling between nitrogen fixation and tetrachlorobiphenyldechlorination in a rhizobium-legume symbiosis”。这是利用NMT开展植物修复PCBs污染研究的第一篇文章。

       PCBs的化学性质非常稳定,很难在自然界分解,属于持久性有机污染物的一类,多用于电力设备,如含有多氯联苯的电容器、电压器等。目前处理PCBs的方法主要有掩埋法、微生物去除法、化学法、物理法、焚烧法、植物根际修复法。其中,植物根基修复法是当下兴起的一种新修复方式,是利用植物与根际微生物的相互作用来降解多氯联苯,修复效果明显。

       根瘤是豆科植物的固氮组织,其中定殖的根瘤菌能够固氮。课题组前期研究发现,紫花苜蓿的根瘤,能够富集有机污染物PCBs。在本研究中进一步发现,根瘤固氮能力的提高,能够促进PCBs的脱氯和降解转化。其中,脱氯效果的鉴定,除了采用了传统的脱氯产物检测进行确定外,还创新性的利用基于NMT技术的NMT活体生理检测仪Physiolyzer®,测定了苜蓿根瘤Cl-的释放量,直接反映出脱氯效果。

苜蓿根系在不同处理下,根瘤Cl-的流动情况。正值代表外排。

       在利用NMT进行环境治理研究领域,除了NMT重金属污染修复、NMT水体富营养化治理之外,本研究又开创了利用NMT进行植物修复PCBs研究的新思路!

致谢

       感谢本文第一作者、中科院南京土壤所王笑咪博士供稿。

 

旭月/扬格非损伤微测系统连中4标

       自10月初以来,旭月/扬格非损伤微测系统相继中标东北农业大学陕西科技大学桂林理工大学西北农林科技大学。后续将向大家陆续介绍以上院校的研究方向与非损伤微测技术的结合点。

 

 

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Plant Cell:中农王毅|NMT验证NRT1.5的钾转运功能|旭月活体研究通讯218期

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NMTPhysiolyzer®活体生理检测仪

     

      2017年,中国农业大学的王毅教授课题组在植物科学领域的顶级期刊Plant Cell上发表了题为NRT1.5/NPF7.3 Functions as a Proton-Coupled H+/K+ Antiporter for K+ Loading into the Xylem in Arabidopsis的研究成果。这是王毅教授利用非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)发表的第二篇高水平文章(Plos Pathog:农科院宁约瑟中农王毅|NMT验证稻瘟病菌利用K通道抑制先天免疫(第207期)| 旭月活体研究通讯),李红为本文的第一作者。

       钾和氮是植物生长必需的大量元素,对于提高作物产量具有积极的促进作用。并且已有研究表明:植物体内,K+和NO3-的吸收、转运是相互关联的;但是,K+和NO3-协调转运的分子机制仍然是不清楚的。

       研究人员通过正向遗传方法分离到一株对于低钾敏感的拟南芥突变体lks2,因其在低钾条件下叶片表现出黄化。以此突变体为研究对象得到对应的转运蛋白基因NRT1.5/NPF7.3,将其转入非洲爪蟾卵母细胞,利用基于非损伤微测技术的NMT活体生理检测仪Physiolyzer®,检测了活体爪蟾卵母细胞K+、H+流的变化过程。

野生型、突变体根尖分生区NH4+外排速率对比。正值表示外排。

       结果显示:突变体lks2编码的转运体NRT1.5/NPF7.3,属于硝酸盐转运蛋白1/肽转运蛋白(NRT1/PTR)家族。lks2/nrt1.5突变体,特别是低钾条件下,在K+、NO3-从根部转运至地上部分的过程中明显有缺陷。

野生型、突变体根尖分生区NH4+外排速率对比。正值表示外排。

          由此证明:1)lks2/nrt1.5可作为质子耦合H+/K+转运蛋白;2)质子梯度能够促进NRT1.5介导的K+从根的薄壁细胞外排到木质部。这也揭示了NRT1.5在K+从根部转运到地上部分过程中起到的重要作用,同时也参与了K+/NO3-分布的协调过程。

          王毅教授自2008年便开始接触NMT,是国内NMT的先行者之一,见证了NMT从一项新技术,经不断地发展、创新,直至成为当今生理研究的一项必备技术。

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Plant Physiol:湖南农大张振华|NRT1.1降低高铵胁迫根尖铵积累|旭月活体研究通讯217期

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      2018年10月,湖南农大张振华教授团队针对影响稻田油菜养分高效利用的渍害问题的研究成果,在Plant Physiology上发表,研究标题为“NRT1.1-related NH4+ toxicity is associated with a disturbed balance between NH4+ uptake and assimilation”。这是张振华教授利用非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)在Plant Physiology上发表的第二篇文章。

       Plant Physiol:NMT在稻油轮作养分高效利用机理上的应用

       上一篇文章中,利用NMT检测了油菜根部液泡的跨膜NO3-运输,发现低氮素利用率(NUE)油菜液泡吸NO3-的速率是高NUE油菜的3倍,后者将更高比例的NO3-分配到细胞质中,继而诱导根部NRT1.5的表达,同时抑制NRT1.8的表达,最终导致更大比例的NO3-装载到木质部汁液中运输到油菜的地上部分。这是稻油轮作条件下氮高效型油菜品种基因型拥有更高NUE的重要原因之一。

高(H)、低(L)NUE油菜根部液泡NO3-跨膜吸收速率。

       此次新发表的研究成果,揭示了拟南芥NRT1.1的信号功能调控铵吸收和C-N代谢解偶联,增强植物对铵胁迫的敏感性。研究结果为深入了解植物铵毒害的发生机制,提高稻田渍害条件下的油菜氮素养分利用效率提供了理论支撑。

       研究发现,在(NH4)2SO4环境下,NRT1.1通过信号调控诱导根中NH4+吸收转运蛋白的表达来增强对生长环境中NH4+的吸收;另外,根系NH4+的同化途径GS/GOGAT循环显著降低,而PK酶活性没有受到显著影响,造成植物体内NH4+大量累积,碳氮代谢失衡,并诱导乙烯的产生,促进植物衰老。nrt1.1突变体根中NH4+吸收转运蛋白没有受到(NH4)2SO4的显著诱导,GS/GOGAT循环也没有受到显著影响,而GDH的活性显著提高,通过对NH4+吸收与同化之间的协同作用,降低了植株体内NH4+的累积,缓解铵毒的发生。

野生型、突变体根尖分生区NH4+外排速率对比。正值表示外排。

          本研究利用基于NMT技术的NMT活体生理检测仪Physiolyzer®,检测了油菜根部分生区NH4+外排的速率,实时观测到了突变体根尖排NH4+速率显著高于野生型。

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Cell Calcium:青农杨绍兰|钙流变化影响梨果实“硬头”|旭月活体研究通讯216期

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图注:活体生理检测仪Physiolyzer®

     

       “硬头”病是黄金梨品种梨果实中常见的一种生理病害,但是对其发育过程中所涉及的机制知之甚少。

       2017年11月,青岛农业大学杨绍兰副教授在Cell Calcium上发表了一篇文章,题目为“The changes of intracellular calcium concentration and distribution in the hard end pear (Pyrus pyrifolia cv. ‘Whangkeumbae’) fruit”,主要探究梨果实中硬端失调与缺钙之间的关系。

       研究测定了梨果实的Ca2+流速、Ca2+分布,以及Ca、Mg、K、B及N的含量。结果显示,在果实发育过程中,“硬头”病梨中Ca/N、Ca/K、Ca/Mg及B含量显著低于正常组果实。然而,“硬头”病梨生长的环境中的土壤、叶片中没有检测到缺钙。

       除了检测元素含量,研究中还利用基于非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)的NMT活体生理检测仪 Physiolyzer®,检测了正常果实与“硬头”病梨果实不同部位的Ca2+流速。数据表明:开花90d后,“硬头”病梨花萼的Ca2+吸收明显低于正常组;果实发育阶段,“硬头”病梨果肉细胞中的游离Ca2+和Ca2+含量低于正常条件,开花120d后呈现相反趋势。

不同种类梨果实中,不同部位的Ca2+流速检测。负值表示吸收。

 

          研究不仅从Ca2+流的角度,而且结合基因功能验证等实验,结果表明:Ca2+吸收减少使得进入“硬头”病梨的Ca2+减少,导致胞内Ca2+失衡,因而引起硬端失调的发生。

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