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蘭大王鎖民:木栓質(zhì)通過(guò)排鈉保鉀及限制水回流促植物耐鹽

閱讀:453        發(fā)布時(shí)間:2020-11-27
NMT作為生命科學(xué)底層核心技術(shù),是建立活體創(chuàng)新科研平臺(tái)的*技術(shù)。2005年~2020年,NMT已扎根中國(guó)15年。2020年,中國(guó)NMT銷往瑞士蘇黎世大學(xué),正式打開(kāi)歐洲市場(chǎng)。

 

 

 

基本信息

主題:木栓質(zhì)通過(guò)排鈉保鉀及限制水回流促植物耐鹽

期刊:Plant and Soil

影響因子:3.259

研究使用平臺(tái):NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺(tái)

標(biāo)題:Aliphatic suberin confers salt tolerance to Arabidopsis by limiting Na+ influx, K+efflux and water backflow

作者:蘭州大學(xué)王鎖王沛

 

檢測(cè)離子/分子指標(biāo)

Na+K+

 

檢測(cè)樣品

擬南芥(WT和cyp86a1突變體)根,距根尖頂端600-800 μm的根表上的點(diǎn)

 

研究背景(來(lái)源:蘭州大學(xué))

 

土壤鹽漬化是嚴(yán)重制約植物生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量的主要非生物因素之一。耐鹽機(jī)制的研究有助于改良植物的抗逆性,對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)具有重要意義。

相對(duì)于鹽生植物,非選擇性的Na+吸收是大多數(shù)甜土植物對(duì)鹽敏感的重要原因,在根系內(nèi)皮層細(xì)胞壁上,一類保護(hù)性屏障木栓質(zhì)被認(rèn)為在限制Na+吸收方面發(fā)揮著重要作用,但其作用機(jī)制尚不明確。王鎖民教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蘭州大學(xué)萃英講席教授、加拿大卡爾頓大學(xué)Owen Rowland教授團(tuán)隊(duì),發(fā)現(xiàn)模式植物擬南芥中根內(nèi)皮層木栓質(zhì)能限制Na+通過(guò)跨細(xì)胞途徑而非質(zhì)外體途徑流入維管組織,同時(shí)減少水分和K+向土壤的回流,從而賦予植物較強(qiáng)的耐鹽性。

 

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理方法

 

5周齡水培擬南芥,用50 mM NaCl處理7d

 

離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 

在對(duì)照條件下,野生型和cyp86a1突變體的根中有凈Na+內(nèi)流,但在50 mM NaCl處理下,凈Na+流速轉(zhuǎn)為外排(圖1a-b)。當(dāng)用50 mM NaCl處理時(shí),cyp86a1突變體根中的凈Na+外排與野生型根中的Na+外排相比,顯著降低了38.5%(圖1b)。沒(méi)有NaCl處理時(shí),野生型和cyp86a1均存在凈K+內(nèi)流,盡管cyp86a1根中的K+內(nèi)流速率比野生型低(圖1c-d)。NaCl處理在野生型和cyp86a1根中均引起K+外排,但加入50 mM NaCl后,cyp86a1根中的凈K+外排量比野生型中的K+外排量高1.96倍(圖1c-d)

圖1

 

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 

  •  

    CYP86A1的敲除突變?cè)黾恿藬M南芥對(duì)鹽脅迫的敏感性

  • NaCl誘導(dǎo)野生型植物中CYP86A1的表達(dá)和木栓化

  • CYP86A1的突變改變了鹽脅迫下離子的積累

  • cyp86a1根的其他陽(yáng)離子的滲漏量均高于野生型植物的根

  • cyp86a1中的質(zhì)外體示蹤劑流量不超過(guò)野生型

  • CYP86A1的突變改變了擬南芥根的滲透系數(shù)

 

結(jié)論

 

與野生型植物相比,cyp86a1的脂肪族木栓質(zhì)缺乏導(dǎo)致鹽脅迫下離子和水更容易穿過(guò)內(nèi)皮層,更多的Na+通過(guò)跨細(xì)胞徑向轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入中柱并終到達(dá)葉片。這些額外的Na+對(duì)植物是有毒的,由于葉片K+的減少,增加了從根部通過(guò)細(xì)胞外屏障的外排,從而增強(qiáng)了毒性

 

離子流實(shí)驗(yàn)使用的測(cè)試液

 

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.5 mM NaCl, 0.2 mM Na2SO4, 0.3 mM MES, pH6.0

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