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华中农业大学别之龙团队揭示南瓜和黄瓜耐盐性差异的分子机制
2019-07-12 11:51:44   |  44 人气

近日, Journal of Experimental Botany 杂志在线发表了华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室别之龙教授团队和澳大利亚塔斯马尼亚大学Sergey Shabala教授团队合作的研究成果论文,题为 Tissue-specific respiratory burst oxidase homologue -dependentH2O2 signaling to the plasma membrane H+-ATPase confers potassium uptake and salinity tolerance in Cucurbitaceae 。该文解析了南瓜耐盐性强于黄瓜的重要分子生理机制,主要原因在于南瓜根尖RBOHD在盐胁迫下产生H2O2信号,通过质膜H+-ATPase调控钾吸收,进而影响南瓜根尖细胞活力和耐盐性,而黄瓜钾吸收受到的调控则不明显。




南瓜的耐盐性强于黄瓜,是黄瓜的重要砧木,将黄瓜嫁接到南瓜砧木上能显著提高耐盐性,然而,南瓜和黄瓜耐盐性差异的分子生理机制一直不明确。过氧化氢H2O2作为一种重要的活性氧信号分子,参与许多植物生长发育和抗性调控过程。本研究利用细胞活力染色、非损伤离子选择性微电极(MIFE)、钾含量测定、H2O2荧光成像等技术,发现南瓜耐盐性强于黄瓜,而且南瓜根尖具有较高的钾吸收速率、钾含量和H2O2水平。转录组研究发现南瓜根尖85%的差异基因显著上调,黄瓜只有52%的差异基因显著上调。盐胁迫下南瓜NADPH氧化酶、14-3-3蛋白、质膜H+-ATPase及钾转运相关基因RBOHD、GRF12、AHA1和HAK5显著上调表达,黄瓜中则无明显变化。利用NADPH氧化酶抑制剂DPI对材料根系进行预处理,结果发现添加抑制剂DPI后南瓜根系H2O2形成受阻,GRF12、AHA1、HAK5表达、质膜H+-ATPase活性和钾吸收速率显著下降,外源H2O2处理则结果相反。进一步使用CRISPR/Cas9基因编辑和拟南芥转基因手段,验证了南瓜RBOHD产生的H2O2信号,通过质膜H+-ATPase调控钾吸收和耐盐性的分子生理机制。



基于上述研究结果,论文提出南瓜强于黄瓜耐盐的重要机制,主要在于南瓜根尖RBOHD在盐胁迫下产生H2O2信号,通过质膜H+-ATPase调控钾吸收,进而影响南瓜根尖细胞活力和耐盐性,而黄瓜钾吸收受到的调控则不明显。


园艺林学学院黄远副教授为论文第一作者,通讯作者为别之龙教授和澳大利亚塔斯马尼亚大学Sergey Shabala教授,该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和国家留学基金委项目的资助。


该文转自华中农业大学,略有改动。论文链接:

https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erz328/5530665


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