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旭月NMT简报---关键词搜索:

PC浙大金崇伟:NMT发现酸胁迫下STOP1促根吸H+致根际pH↑为探究STOP1-NRT1.1提升植物NUE及耐酸机制提供证据

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发现酸胁迫下STOP1促根吸H+致根际pH↑为探究STOP1-NRT1.1提升植物NUE及耐酸机制提供证据

期刊:The Plant Cell

影响因子:11.277

研究使用平台:NMT植物营养创新平台

标题:STOP1 activates NRT1.1-mediated nitrate uptake to create a favorable rhizospheric pH for plant adaptation to acidity

者:浙江大学金崇伟、Jia Yuan Ye

 

检测离子/分子指标

H+

 

检测样品

拟南芥根分生区、伸长区、成熟区

 

中文摘要(谷歌机翻)

      酸性土壤中的质子(H+)阻碍植物生长。然而,植物通过优化其生物过程来减少H+胁迫的不利影响的机制仍不清楚。本研究表明在拟南芥根中,细胞核内的C2H2型转录因子STOP1在低pH条件下以不依赖硝酸盐的方式富集,低pH条件下建立的NITRATE TRANSPORTER 1.1(NRT1.1)空间表达模式需要STOP1的作用。此外,nrt1.1stop1突变体以及nrt1.1 stop1双突变体对低pH具有相似的超敏感表型,表明stop1nrt1.1在H+耐受的通路中起着相同的作用。分子检测显示,STOP1直接与NRT1.1的启动子结合,在低pH下激活其转录,从而上调其硝酸盐摄取。这一作用通过增强根际H+消耗,提高了植物的氮素利用效率(NUE),为根系生长创造了有利的根际pH。因此,NRT1.1stop1突变体中的组成性表达消除了对低pH的超敏感表型。这些结果表明,STOP1-NRT1.1是植物优化NUE、保证植物在酸性介质中更好生长的关键模块

 

离子/分子流实验处理

3日龄幼苗在pH为6.5或4.8的琼脂培养基中生长1 d

 

离子/分子流实验结果

      利用非损伤微测技术(NMT)研究了STOP1如何影响根系消耗H+的空间特征。与中性pH条件相比,低pH条件明显诱导了Col-0根系中的H+内流,其诱导作用在分生区和伸长区远大于成熟区(图1E)。然而,stop1突变体在低pH诱导的所有根区H+内流被显著抑制,表明STOP1在H+胁迫下促进了根系对H+的消耗,从而提高了根际pH(图2)。

 

 

图1. 不同根区的H+流速。负值代表H+内流。

 

图2. 根际pH值

 

其他实验结果

  • 在以尿素为主要氮源的弱酸性土壤中,stop1突变体的生长受到抑制不是由于Al3+的毒性,而是更可能与H+的毒性有关

  • 需要STOP1以确保植物从酸性土壤中更好地回收氮素

  • STOP1赋予H+耐受性取决于根际过程,与根际pH的增加有关

  • STOP1引起的根系H+内流增强与H+-ATPase基因的下调有关

  • STOP1赋予的H+耐受性可能与根系获取NO3-有关

  • STOP1提高H+耐受性和NUE可能与诱导NO3-吸收有关,而不是调节NH4+吸收

  • NRT1.1的空间模式是由STOP1调节的,以应对H+胁迫

  • STOP1直接与NRT1.1启动子结合,支持在酸性胁迫下NRT1.1转录的激活

  • STOP1-CIPK23模块不参与H+耐受性或其对NO3-吸收亲和力的调节不足以为植物适应H+胁迫创造有利的根际pH

 

结论

      本研究阐明STOP1-NRT1.1是植物通过提高根系对H+耦合NO3-的吸收来创造适宜的根际pH以适应酸性条件的关键模块(图2)。本研究结果表明,植物自身构建良好的根际pH是植物在酸性土壤H+胁迫下无法避免的一种有效补偿策略。值得注意的是,STOP1的转录水平对低pH没有响应,表明STOP1在H+胁迫下转录后激活。尽管RAE1参与的泛素-26S蛋白酶体和ESD4催化的去SUMO化途径的翻译后调控已被证实参与了Al3+胁迫诱导的STOP1蛋白积累,但与H+胁迫有关的细胞核定位STOP1富集信号的基础仍需在今后的研究中进一步阐明

图2. STOP1-NRT1.1提高植物对酸性适应的模型

 

测试液

0.1 mM CaCl2, pH 6.0

 

NMT实验标准化方案

·植物营养研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·据中关村NMT产业联盟了解,浙江地区的中国林业科学研究院亚热带林业研究所、台州学院、湖州师范学院等数十家单位采购了旭月(北京)科技有限公司的非损伤微测系统。


·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接:https://doi.org/10.1093/plcell/koab226

 

关键词:根际pH;NO3-吸收;H+耐受;STOP1;NRT1.1

 

 

 

 

 

 

台湾师大林豊益:TRPV4(一种NSCC)通过硬骨鱼催产素途径调节斑马鱼离子平衡|NMT斑马鱼创新科研平台

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 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:TRPV4(一种NSCC)通过硬骨鱼催产素途径调节斑马鱼离子平衡

期刊:Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol

影响因子:3.176

研究使用平台:NMT斑马鱼创新科研平台

标题:Transient receptor potential vanilloid 4 modulates ion balance through the isotocin pathway in zebrafish (Danio rerio)

者:台湾师范大学林豊益、刘咸台

 

检测离子/分子指标

H+

 

检测样品

斑马鱼卵黄囊的H+-ATPase富集细胞(HR细胞)

 

摘要

      硬骨鱼催产素通过调节离子细胞(也称为富线粒体细胞或氯化物细胞)的功能来控制离子调节。但是,关于硬骨鱼催产素蛋白系统的上游分子知之甚少。在本文中,我们确定了瞬态受体电位香草酸4(TRPV4),其调节硬骨鱼催产素的mRNA和蛋白质表达并通过硬骨鱼催产素途径影响离子调控。双重免疫组织化学结果显示,TRPV4在成年斑马鱼脑下丘脑的同种异能神经元中表达。为了进一步阐明TRPV4的作用,我们操纵了TRPV4蛋白的表达并评估了其在斑马鱼胚胎中的离子调节功能。用吗啉代寡核苷酸敲低TRPV4基因可降低整个幼虫的离子含量(Na+Cl-和Ca2+)和斑马鱼幼体皮肤的H+分泌功能。在TRPV4突变体中,也抑制了离子细胞相关转运蛋白的mRNA表达,包括H+-ATPase,上皮Ca2+通道和Na-Cl协同转运蛋白。TRPV4敲除后,斑马鱼幼虫皮肤中的离子细胞(富含H+-ATPase的细胞和富含Na-K-ATPase的细胞)和表皮干细胞的数量也减少了。我们的结果表明,TRPV4通过硬骨鱼催产素途径调节离子平衡。

 

离子/分子流实验处理方法

对受精后三天的斑马鱼进行TRPV4敲除。

 

离子/分子流实验结果

 

      通过NMT分析了斑马鱼幼体卵黄囊的酸分泌。在卵黄囊表面记录到了代表酸分泌的H+外排。在TRPV4突变体中酸分泌分别下降了21.9%和67.6%,这表明卵黄囊(左图)和HR的细胞(右图)的酸分泌受到抑制。

 

其他实验结果

  • TRPV4是由斑马鱼大脑中的isotocinergic神经元表达的

  • Western blot分析表明,在对照组中,抗TRPV4抗体识别出一条98kda的TRPV4蛋白带。在0.5ng TRPV4-吗啉修饰反义寡核苷酸1(MO1)突变体中,该条带较微弱。表明TRPV4蛋白表达受trpv4 MO1的抑制

  • TRPV4突变体中,同位素的mRNA和蛋白质表达均显着降低

  • 注射TRPV4MO 可显著降低斑马鱼胚胎的离子含量

  • 用RT-qPCR法检测了trpv4突变体中H+-ATPase(HA)、上皮Ca2+通道(ECaC)和Na+-Cl-共转运体(NCC)的mRNA表达,发现HA、ECaC和NCC基因表达分别下降了39%、42%和62%。

  • TRVP4突变体中HR、Na+-K+-TAPase-rich(NaR)细胞和P63细胞密度均降低,表明TRPV4基因敲除了降低了表皮干细胞的数量。

 

结论

      在本研究中,我们首次证明,TRPV4由斑马鱼下丘脑中的同位素神经元表达。TRPV4表达功能的丧失降低了同位素mRNA和蛋白表达,并减少了表皮干细胞和离子细胞的数量。我们还观察到在TRPV4突变体中离子细胞的功能被下调。我们的研究结果表明TRPV4充当调节硬骨鱼催产素功能的上游分子。

 

离子流实验使用的测试液

Normal water, 300μMMOPS buffer, 0.1 mg/L ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonatepH7.0

 

 

 

原文链接:https://journals.physiology.org/doi/abs/10.1152/ajpregu.00307.2019?journalCode=ajpregu

 

关键词:离子细胞;离子调节;硬骨鱼催产素TRPV4;斑马鱼

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chemosphere林豊益:纳米铜毒理评价新体系——活体斑马鱼皮肤细胞排氢排铵速率

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 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:纳米铜毒理评价新体系——活体斑马鱼皮肤细胞排氢排铵速率

期刊:Chemosphere

影响因子:5.778

研究使用平台:NMT斑马鱼创新科研平台

标题:Exposure to copper nanoparticles impairs ion uptake, and acid and ammonia excretion by ionocytes in zebrafish embryos

者:台湾师范大学林豊益、Chih-Ying Lee

 

检测离子/分子指标

H+、NH4+

 

检测样品

斑马鱼胚胎皮肤离子细胞

 

摘要

      铜纳米颗粒(CuNPs)对鱼类早期阶段的潜在毒性尚不清楚,关于其对离子细胞及相关功能的影响也知之甚少。本研究使用斑马鱼胚胎作为模型来研究CuNPs对两种亚型离子细胞的毒性作用。斑马鱼胚胎暴露在0.1、1和3 mg L-1 CuNPs中96 h。暴露后,≥0.1 mg L-1时全身Na+和Ca2+含量显著降低,而≥1 mg L-1时K+含量降低。当≥1 mg L-1时,皮肤分泌的H+和NH4+明显减少。当CuNPs≥0.1 mg L-1时,用若丹明-123标记的活离子细胞数量显著减少。用免疫组织化学法标记富含H+-ATPase(HR)和富含Na+/K+-ATPase(NaR)的离子细胞亚型在≥1 mg L-1时呈下降趋势。通过扫描电子显微镜发现离子细胞的顶端开口的收缩。功能损伤还反映在基因表达的变化上,包括离子转运蛋白/通道和Ca2+调节激素。该研究表明,CuNPs暴露可损害斑马鱼胚胎中两种亚型的离子细胞及其相关功能,包括Na+/Ca2+吸收和H+/NH4+分泌。

 

离子/分子流实验处理方法

纳米铜颗粒(CuNPs)处理斑马鱼胚胎96 h

 

离子/分子流实验结果

使用非损伤微测技术(NMT)检测斑马鱼胚胎皮肤离子细胞对H+和NH4+的分泌。

 

林豊益《NMT在斑马鱼离子细胞的应用:从生理到环境毒理》

 

       如图1A所示,H+和NH4+分泌水平通过计算卵黄囊和背景溶液之间(距离10 mm)的浓度梯度(Δ[H+]和Δ[NH4+])来测量。先前的研究表明卵黄囊皮肤中有丰富的离子细胞,其测量值可以反映离子细胞的功能。胚胎暴露于CuNPs 96 h后,1和3 mg L-1CuNPs组的H+和NH4+分泌水平被显著抑制(图1B, C)。H+分泌减少了29%(1 mg L-1)和30%(3 mg L-1)。NH4+分泌减少了47%(1 mg L-1)和61%(3 mg L-1)。

 

图1. 斑马鱼胚胎暴露于CuNPs 96 h后的H+和NH4+分泌

 

其他实验结果

  • CuNPs处理会使斑马鱼胚胎Na+、K+、Ca2+含量下降,但0.1 mg L-1的CuNPs处理没有改变K+含量

  • CuNPs处理后斑马鱼皮肤离子细胞密度显著下降

  • 免疫组织化学方法观察HR和NaR细胞亚型的密度发现,CuNPs处理会导致HR和NaR细胞密度下降

  • 用扫描电镜分析了细胞顶端表面的超微结构,对照组HR细胞顶膜呈碎屑状,CuNPs处理组却发现了小凹坑。通过对细胞顶端表面的面积分析后发现,1和3 mg L-1CuNPs处理使细胞顶端表面的尺寸明显减小

 

结论

      本研究表明,CuNPs处理对鱼类的早期阶段具有潜在的风险。CuNPs可损伤离子细胞中离子通道/转运蛋白的功能,破坏离子细胞的顶端结构,甚至导致离子细胞死亡,进一步导致离子严重流失、代谢酸/氨积累,最终导致鱼类死亡。

 

测试液

AFW, 300 mM3-(n-morpholino) propanesulfonic acid (MOPS) buffer, 0.1 mg L-1 ethyl3-aminobenzoate methanesulfonate(tricaine)

 

 

 

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0045653520322463

 

关键词:离子调节;酸碱调节;氨分泌;鱼;幼鱼

 

 

 

 

 

 

 

 

 

【成果回顾】MP万建民院士:无损"电生理"Ca2+流作为膜通道功能核心验证手段 为揭示CNGC9通道调控水稻低温响应机制提供证据

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

 

基本信息

主题:无损"电生理"Ca2+流作为膜通道功能核心验证手段 为揭示CNGC9通道调控水稻低温响应机制提供证据

期刊:Molecular Plant

影响因子:12.084

研究使用平台:NMT温度胁迫创新科研平台

标题:Transcriptional Activation and Phosphorylation of OsCNGC9 Confer Enhanced Chilling Tolerance in Rice

者:万建民(中国农科院作物科学研究所、南京农业大学)、王家昌(中国农科院作物科学研究所、南京农业大学)、任玉龙(中国农科院作物科学研究所),刘喜(南京农业大学)

 

检测离子/分子指标

Ca2+

 

检测样品

水稻根,距根尖500 μm根表上的点

 

中文摘要(谷歌机翻)

      低温是限制植物生长和产量的主要环境因素。尽管细胞质中钙的瞬时升高早已被认为是植物耐寒的一个关键信号,但负责这一过程的钙通道在很大程度上仍不清楚。本研究报道了OsCNGC9,一个环状核苷酸门控通道,通过介导水稻(Oryza sativa)细胞质的钙升高,正向调控其耐寒性。研究结果表明,OsCNGC9功能缺失突变体在低温诱导钙内流方面存在缺陷,使其对长时间的低温处理更加敏感,而OsCNGC9过表达增强了植物的耐寒性。另外,拟南芥OST1同源物OsSAPK8在应对低温胁迫时,磷酸化并激活OsCNGC9,引发Ca2+内流。此外,OsCNGC9的转录被水稻脱水应答元件结合转录因子OsDREB1A激活。综上,本研究认为OsCNGC9通过调控低温诱导的钙内流和胞质钙升高来增强水稻的耐寒性

 

离子/分子流实验处理

4℃低温实时处理

 

离子/分子流实验结果

研究利用非损伤微测技术(NMT)检测水稻根系Ca2+流速,研究OsCNGC9是否能够在体内介导Ca2+内流来响应低温胁迫。在低温胁迫下,WT根系和cds1互补株系均有较强且快速的胞外Ca2+内流。相比之下,cds1在相同条件下未表现出明显的胞外Ca2+内流(图1A)。另外研究还观察到,WT或pGOsCNGC9cds1之间低温胁迫的平均最大Ca2+内流量差异显著(图1B)。

与Kitaake相比,OsCNGC9-OE转基因株系在对冷激的响应中表现出更强的细胞外Ca2+内流(图2)。

 

1. OsCNGC9是低温诱导的Ca2+内流所必需的。蓝色背景表示低温处理持续的时间负值代表Ca2+内流。

 

图2. OsCNGC9的过表达能提高水稻中低温诱导的Ca2+内流。负值代表Ca2+内流。

 

      Ca2+流速测定结果显示,低温处理后,Nipponbare而非OsSAPK8敲除突变体的根细胞表现出更明显的Ca2+内流(图3)。

      OsSAPK8-GFP过表达植物的根细胞与Nipponbare根细胞相比,在冷激胁迫下表现出更强的Ca2+内流(图4)

 

图3. OsSAPK8基因敲除突变体由低温诱导的Ca2+内流的状态。负值代表Ca2+内流。

 

图4. OsSAPK8过表达对低温诱导的Ca2+内流有正调控作用。负值代表Ca2+内流。

 

       与Kitaake相比,OsDREB1A-KO植物在应对冷胁迫时胞外Ca2+流速较弱(图5)

 

5. 比较KitaakeOsDREB1A-KO在低温胁迫下根中Ca2+的内流速率负值代表Ca2+内流。

 

其他实验结果

  • OsCNGC9是一个积极的低温耐受性调节器

  • OsCNGC9与OsSAPK8在体内发生物理相互作用

  • OsCNGC9是OsSAPK8真正的底物

  • OsSAPK8对OsCNGC9的磷酸化增强了OsCNGC9通道对低温胁迫的反应活性

  • OsCNGC9的Ser-645是OsSAPK8对水稻耐寒性反应的一个主要磷酸化位点

  • OsSAPK8对OsCNGC9的Ser-645的磷酸化对增强水稻的耐寒性起着积极作用

  • Ser-645的磷酸化状态正向调节OsCNGC9的钙通道活性

  • OsSAPK8参与了水稻耐寒性和低温诱导的Ca2+内流的调控

  • OsSAPK8介导的OsCNGC9的磷酸化在水稻耐寒性中起重要作用

  • 低温刺激通过OsDREB1A依赖性途径促进OsCNGC9的表达。

 

结论

      低温胁迫后,环核苷酸门控通道OsCNGC9SnRK2蛋白激酶OsSAPK8磷酸化并激活,引发细胞钙水平升高,进而激活水稻低温胁迫相关基因的表达,增强水稻耐寒能力

 

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl20.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na2SO4, pH 6.0

 

NMT实验标准化方案

·温度胁迫研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·据中关村NMT产业联盟了解,北京地区的中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所于2018年、2020年采购了旭月(北京)科技有限公司的非损伤微测系统。

·据中关村NMT产业联盟了解,江苏地区的南京农业大学于2018年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统

·微环境温度红外监测仪

·NMT自动灌流系统

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.11.022

 

关键词:OsCNGC9;OsSAPK8OsDREB1A冷信号转导耐寒性

 

 

 

 

 

 

S Shabala、陈仲华:叶肉细胞排Cl-排K+速率可用于预测温室和大田水稻生殖期的耐盐能力

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

 

基本信息

主题:叶肉细胞排Cl-K+速率可用于预测温室和大田水稻生殖期的耐盐能力

期刊:Plant Growth Regulation

标题:Leaf mesophyll K+ and Cl- fluxes and reactive oxygen species production predict rice salt tolerance at reproductive stage in greenhouse and field conditions

者:Sergey Shabala(塔斯马尼亚大学)、陈仲华(西悉尼大学)、MiingTiem Yong(西悉尼大学、塔斯马尼亚大学)、Celymar Angela Solis(西悉尼大学、塔斯马尼亚大学)

 

检测离子/分子指标

K+、Na+、Cl-

 

检测样品

水稻旗叶叶肉细胞

 

中文摘要(谷歌机翻)

      多数水稻耐盐性的研究多是在苗期进行单一试验。在此,本研究旨在通过温室试验和田间试验的比较研究,了解在水稻生殖期叶肉离子转运和氧化响应在盐耐受方面的作用。研究采用农艺、生理、电生理、分子和细胞成像技术,比较对照和盐胁迫下水稻植株的生理反应。盐分对Koshihikari的影响最为严重,其次是Doongara和Reziq。研究发现叶肉细胞中保K+能力和Cl-外排赋予水稻耐盐性。生长参数与净K+流速(r2=0.45~0.60)和净Cl-流速(r2=0.47~0.72)呈中等到强的相关性。同时,叶肉细胞NADPH氧化酶基因OsRBOHD的动态ROS产生和调控对水稻生殖期的耐盐性至关重要。OsRBOHD表达与离子流速显著相关(r2=0.45~0.64)。本研究首次汇集了温室和大田条件下水稻生殖阶段细胞离子胁迫与耐盐性氧化应激组分之间的潜在联系,将为今后在受控环境和自然气候条件下考察作物生殖阶段的耐盐性提供指导

 

离子/分子流实验处理

盐处理0、14、28、42天,每天施加2 dS m-1盐度,直到达到8 dS m-1

 

离子/分子流实验结果

      叶肉离子流速在三种基因型之间、在两种实验条件之间以及在盐处理的42天内显著不同(图1)。在大多数情况下,对照和盐胁迫样品的流速差异随胁迫时间的延长而增大(图1)。总体而言,在两个试验中,3个品种盐处理后K+、Na+和Cl-外排速率均以Koshihikari最大。叶肉净K+外排速率在Koshihikari中显著升高,尤其是在盐胁迫42天时,盐度对外排速率的影响在温室试验中更为明显(图1a, d)。然而,三个栽培品种之间的Na+流速差异很小。盐处理引起的Na+外排仅在Koshihikari上有显著差异;该品种的Na+外排速率高于其他两个品种,特别是在盐处理14天时的田间试验中(图1b, e)。在两个试验中,盐处理引起的Cl-外排存在显著差异;Koshihikari的Cl -外排速率最高,Reiziq最低(图1c, f)

 

图1. 盐度对3个基因型水稻生殖期叶肉细胞离子流速的影响。数据为从温室(左栏)和田间(右栏)采集的对照和盐胁迫植物叶肉细胞净K+(a, d)、Na+(b, e)和 Cl-(c, f)流速。负值代表K+、Na+、 Cl-外排。

 

测试液

0.5 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, pH6.0

 

NMT标准化方案

·温度胁迫研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

·据中关村NMT产业联盟了解,佛山科技学院国际膜生物学与环境研究中心于2018年,采购了旭月(北京)科技有限公司的非损伤微测系统。

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

原文链接:https://doi.org/10.1007/s10725-020-00619-y

 

关键词:活性氧种类;离子流速;长期盐胁迫;基因表达;水稻