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旭月NMT简报---关键词搜索:

Nature Commun | Na+/H+流与SOS抗盐(文献汇总)|中关村NMT联盟活体研究通讯222期

转自:中关村NMT联盟     

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上周,中国农大郭岩课题组在Nature Communications在线发表题为Calcium-activated 14-3-3 proteins as a molecular switch in salt stress tolerance的研究成果。

Nature Commun. | 中国农大郭岩课题组揭示植物盐胁迫响应的调控新机制

研究揭示了14-3-3蛋白通过感受钙信号,选择性的结合和抑制SOS2和PKS5的激酶活性,并协同调控Na+/H+反向转运蛋白SOS1和质膜H+-ATPase活性,影响植物耐盐能力。

拟南芥根尖分生区Na+流结果

    

• 我们为您整理了利用非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)研究SOS基因家族的盐胁迫文章。

• Co-expression of SpSOS1 and SpAHA1 in transgenic Arabidopsis plants improves salinity tolerance. BMC Plant Biology, 2019, 19(1):74.

• Overexpression of the PtSOS2 gene improves tolerance to salt stress in transgenic poplar plants. Plant Biotechnology Journal, 2015, 13(7): 962-73.

• Co-expression of the Arabidopsis SOS genes enhances salt tolerance in transgenic tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.). Protoplasma, 2014, 251(1):219-31.

• SOS1 gene overexpression increased salt tolerance in transgenic tobacco by maintaining a higher K+/Na+ ratio. Journal of plant physiology, 2012, 169(3): 255-261.

• Nax loci affect SOS1-like Na+/H+ exchanger expression and activity in wheat. Journal of Experimental Botany, 2016, 67(3):835-44.

• Haem oxygenase modifies salinity tolerance in Arabidopsis by controlling K+ retention via regulation of the plasma membrane H+-ATPase and by altering SOS1 transcript levels in roots. Journal of Experimental Botany, 2013, 64(2): 471-481.

• Na+-H+ antiporter activity of the SOS1 gene, lifetime imaging analysis and electrophysiological studies on Arabidopsis seedlings. Physiologia Plantarum, 2009,137(2):155-65.

 

 

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JXB:华中农大别之龙|离子流揭示中国南瓜与印度南瓜的耐盐策略|中关村NMT联盟活体研究通讯221期

转自:中关村NMT联盟     

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2018年7月,华中农大园艺林学学院别之龙教授团队关于不同遗传背景南瓜材料耐盐性策略差异的研究成果在Journal of Experimental Botany上发表题为An early ABA-induced stomatal closure, Na+ sequestration in leaf vein and K+ retention in mesophyll confer salt tissue tolerance in Cucurbita species的研究成果。牛蒙亮、陈晨、谢俊俊为本文共同第一作者,别之龙、黄远为并列通讯作者。

葫芦科中南瓜具有较强的耐盐性,在瓜类嫁接中广泛用作黄瓜、西瓜等盐敏感材料的砧木,具有较强的限制Na+等盐害离子向地上部运转的能力,其中生产中的南瓜砧木多为中印南瓜杂合体(Cucurbita maxima × Cucurbita moschata)材料。

前期研究发现,中国南瓜(Cucurbita moschata)和印度南瓜(Cucurbita maxima)二者具有显著差异的Na+积累模式与耐盐能力(A shoot based Na+ tolerance mechanism observed in pumpkin—An important consideration for screening salt tolerant rootstocks. 2017, Scientia Horticulturae, 218:38-47.),某些特殊的南瓜材料在维持叶片中高Na+含量的同时依然具有极强的耐盐能力,这引起了研究者对这些材料耐盐策略的兴趣,其Na+转运过程具有哪些不同寻常之处?

研究利用MIFE®(非损伤微测技术的一种,澳大利亚塔斯马尼亚大学SergeyShabala教授提供),详细对比了两类南瓜材料在NaCl胁迫后根尖、叶脉、叶肉中Na+、K+等离子的流速情况相。结果发现,相比中国南瓜,印度南瓜在NaCl胁迫下向叶脉的皮层细胞和木质部薄壁组织中转运更多的Na+避免其在叶肉中卸载。同时,盐胁迫下印度南瓜在根系和叶肉中具有更低的K+外流趋势,从而有效维持细胞内较高的K+/Na+比。

100 mM NaCl实时刺激下,叶肉细胞、叶脉、根系的K+流变化。负值表示外排,正值表示吸收。

    

该文章利用了非损伤微测技术比较了两类嫁接生产中常见的砧木南瓜耐盐性与Na+、K+转运模式之间的联系,是利用此类技术在植物根系、叶脉及叶肉中整合应用的代表。

截至2018年底,别之龙教授课题组已经利用非损伤微测技术发表3篇SCI文章,均为抗盐研究,累计影响因子14.84。文章信息如下:

An early ABA-induced stomatal closure, Na+ sequestration in leaf vein and K+retention in mesophyll confer salt tissue tolerance in Cucurbita species. Journal of Experimental Botany. 2018, 69(20):4945-4960.

Root respiratory burst oxidase homologue-dependent H2O2 production confers salt tolerance on a grafted cucumber by controlling Na+ exclusion and stomatal closure.Journal of Experimental Botany. 2018, 69(14):3465-3476.(JXB:华中农大别之龙NMT揭示嫁接黄瓜根源H2O2促耐盐机制

Scanning ion-selective electrode technique and X-ray microanalysis provide direct evidence of contrasting Na+ transport ability from root to shoot in salt-sensitive cucumber and salt-tolerant pumpkin under NaCl stress. Physiologia Plantarum. 2014, 152(4):738-48.

致谢

感谢本文第一作者牛蒙亮博士供稿。

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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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      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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      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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      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。

重大科研先机:铜Cu、铅Pb『流速』传感器上市!