BMC Plant Biol：中国农科院丨油菜素内酯促黄瓜根系铵硝吸收机制

期刊：BMC Plant Biology
主题：油菜素内酯促黄瓜根系铵硝吸收机制
标题：24-Epibrassinolide promotes NO3- andNH4+ ion flux rate and NRT1 gene expression in cucumber under suboptimal root zone temperature
影响因子：3.930
检测指标：NO₃^-、NH₄⁺流速
检测部位：根毛区
NO₃^-、NH₄⁺流实验方法：黄瓜幼苗、次优根区温度（suboptimal RZT）和表油菜素内酯（EBR）处理7天，检测根毛区。
NO₃^-、NH₄⁺流实验测试液成份：2.625mM Ca (NO3)2, 0.1mMMgSO4, 0.25mMNH4NO3,0.3mM MES, pH 6.0
作者：中国农业科学院蔬菜与花卉研究所Ali Anwar、李衍素、于贤昌

英文摘要

Suboptimal root zone temperature (RZT) causes a remarkable reduction in growth of horticultural crops during winter cultivation under greenhouse production. However, limited information is available on the effects of suboptimal RZT on nitrogen (N) metabolism in cucumber seedlings. The aim of this study is to investigate the effects of 24-Epibrassinolide (EBR) on nitrate and ammonium flux rate, N metabolism, and transcript levels of NRT1 family genes under suboptimal RZT in cucumber seedlings.

Suboptimal RZT (LT) negatively affected on cucumber growth and proportionately decreased EBR contents, bleeding rate, root activity, enzyme activities of nitrate reductase (NR), nitrite reductase (NiR), glutamine synthetase (GS), and glutamate synthase (GOGAT), nitrate (NO3−) influx rate, ammonium (NH4+) efflux rate, and transcript levels of nitrate transporter (NRT1) encoding genes. However, exogenous EBR reduced the harmful effects of suboptimal RZT and increased endogenous EBR contents, bleeding rate, root activity, enzyme activities of NR, NiR, GS, and GOGAT, NH4+ and NO3− flux rates and contents, and N accumulation. EBR-treated seedlings also upregulated the transcript levels of nitrate transporters CsNRT1.1, CsNRT1.2A, CsNRT1.2B, CsNRT1.2C, CsNRT1.3, CsNRT1.4A, CsNRT1.5B, CsNRT1.5C, CsNRT1.9, and CsNRT1.10, and downregulated CsNRT1.5A and CsNRT1.8. LT treatment upregulated the expression level of CsNRT1.5A, while exogenous BZR application downregulated the expression level of NRT1 genes.

These results indicate that exogenous application of EBR alleviated the harmful effects of suboptimal RZT through changes in N metabolism, NH4+ and NO3− flux rates, and NRT1 gene expression, leading to improved cucumber seedlings growth. Our study provides the first evidence of the role of EBR in the response to suboptimal RZT in cucumber, and can be used to improve vegetable production.

中文摘要（谷歌机翻译）

次优根区温度（RZT）导致在温室生产期间冬季栽培期间园艺作物的生长显着减少。然而，关于次优RZT对黄瓜幼苗中氮（N）代谢的影响的信息有限。本研究的目的是研究24-表油菜素内酯（EBR）对黄瓜幼苗次优RZT下NRT1家族基因的硝酸盐和铵通量，N代谢和转录水平的影响。

次优RZT（LT）对黄瓜生长有负面影响，并且比例降低EBR含量，出血率，根系活力，硝酸还原酶（NR），亚硝酸还原酶（NiR），谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合成酶（GOGAT）的酶活性，硝酸盐（NO3-）流入速率，铵（NH4 +）流出速率和硝酸盐转运蛋白（NRT1）编码基因的转录水平。然而，外源EBR降低了次优RZT的有害作用，增加了内源EBR含量，出血率，根系活力，NR，NiR，GS和GOGAT的酶活性，NH4 +和NO3-通量率和含量以及N积累。 EBR处理的幼苗也上调了硝酸盐转运蛋白CsNRT1.1，CsNRT1.2A，CsNRT1.2B，CsNRT1.2C，CsNRT1.3，CsNRT1.4A，CsNRT1.5B，CsNRT1.5C，CsNRT1.9和CsNRT1的转录水平。 .10，并下调CsNRT1.5A和CsNRT1.8。 LT处理上调CsNRT1.5A的表达水平，而外源BZR应用下调NRT1基因的表达水平。

这些结果表明，外源施用EBR通过改变N代谢，NH4 +和NO3-通量率以及NRT1基因表达减轻了次优RZT的有害作用，从而改善了黄瓜幼苗的生长。我们的研究首次证明了EBR在黄瓜中对次优RZT的反应中的作用，并可用于改善蔬菜生产。

Fig. 4 Effects of suboptimal RZT and EBR on NO3- (A; scatter NO3- flux rate, B; average NO3- flux rate) flux rate in roots of cucumber seedlings under suboptimal RZT treatment. Flux rate was recorded for 10 min in roots seven days after treatment. Each point is the mean of nine individual seedlings and bars indicate standard deviations. Treatments with the same letters are not significantly different by the least significant difference (LSD) test at P = 0.05

文章链接：https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-019-1838-3

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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。