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New Phytol :中科院南土所丨根系铁毒敏感机制同一氧化氮调控的根尖区钾离子稳态平衡密切相关(附NMT实验体系)

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟


期刊:New Phytologist
主题:根系铁毒敏感机制同一氧化氮调控的根尖区钾离子稳态平衡密切相关
标题:Excess iron stress reduces root tip zone growth through nitric oxide-mediated repression of potassium homeostasis in Arabidopsis
影响因子:7.433
检测指标:K+流速
检测样品:拟南芥
K+流实验处理方法:4°C下冷处理48小时
K+流实验测试液成份:2 mM KH2PO4、5mM NaNO3、2 mM MgSO4、1 mM CaCl2、50lM Fe-EDTA,50 lMH3BO3、12lM MnSO4、1lM ZnCl2 ,1lM CuSO4、0.2lMNa2MoO4、1%蔗糖,0.5 g / l MES和0.8%琼脂 pH 5.7
作者:中国科学院土壤研究所土壤与可持续农业国家重点实验室施卫明、李光杰、张琳

文章简介

铁毒是热带和淹水土壤常见的障碍因子。植物发生铁毒害时,根系生长受阻,严重时根系腐坏死亡。然而,人们对铁毒抑制植物根系发育的生物学机制的认识还很初步,也不利于对土壤铁毒逆境下保根壮苗等农艺技术的研发。

中科院南京土壤所施卫明研究员课题组长期关注根系铁毒害分子响应机制,分别在铁毒抑制植物的根系伸长、侧根形成的分子生理机制等方面取得一系列进展。相关结果陆续发表在Plant Physiology, Journal of Experimental Botany(Li Guangjie et al., 2015a,b)上。相关成果得到了国内外同行的广泛关注,受Frontiers in Plant Science和Plant Signal and Behavior期刊邀请撰写发表了相关综述和评论(Li Guangjie et al., 2016a,b)。文章中用到的新型分根研究方法,也受到国际知名的方法学期刊Bio-Protocol的邀请撰写了详细的介绍文章(Li Guangjie et al., 2017)。

上述系列研究证实根尖区是根系生长响应铁毒胁迫的关键位点,而且比根系其它区段对铁毒胁迫更加敏感。但是为何根尖区会对铁毒胁迫更加敏感,仍未探究清楚。围绕该科学问题,该团队进行了更深入研究。利用非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology, NMT)测定不同根系区段的钾离子流,并配合离子通道抑制剂和相关突变体进行了研究。

研究发现铁毒胁迫引发根尖区细胞一氧化氮(NO)上升后诱导了SNO1 (sensitive to nitric oxide 1)//SOS4活性增强。进而加剧非选择性离子通道(NSCC)介导的钾离子外流,造成根尖细胞钾离子稳态失衡,从而导致了根尖区对铁毒胁迫非常敏感。有意思的是,补充供钾可以一定程度上缓解铁毒胁迫,但是因为没有清除铁毒胁迫诱导的NO信号和SNO1/SOS4活性,因此,并不能彻底解除铁毒对根系的伤害。研究结果也说明了,抑制NO信号和SNO1/SOS4活性以及补施钾肥都对提升植物抵御土壤铁毒逆境有重要作用,但在源头上抑制铁毒诱导的NO信号和SNO1/SOS4活性更为重要和有效。相关结果已在New Phytologist(Zhang Lin and Li Guangjie et al., 2018)发表。张琳博士为第一作者,施卫明研究员和李光杰副研究员为文章通讯作者。

 

实时加入Fe试剂后,拟南芥根尖K+吸收速率变化情况

英文摘要

The root tip zone is regarded as the principal action site for iron (Fe) toxicity and is more sensitive than other root zones, but the mechanism underpinning this remains largely unknown.

We explored the mechanism underpinning the higher sensitivity at the Arabidopsis root tip and elucidated the role of nitric oxide (NO) using NO‐related mutants and pharmacological methods.

Higher Fe sensitivity of the root tip is associated with reduced potassium (K+) retention. NO in root tips is increased significantly above levels elsewhere in the root and is involved in the arrest of primary root tip zone growth under excess Fe, at least in part related to NO‐induced K+ loss via SNO1 (sensitive to nitric oxide 1)/SOS4 (salt overly sensitive 4) and reduced root tip zone cell viability. Moreover, ethylene can antagonize excess Fe‐inhibited root growth and K+ efflux, in part by the control of root tip NO levels.

We conclude that excess Fe attenuates root growth by effecting an increase in root tip zone NO, and that this attenuation is related to NO‐mediated alterations in K+ homeostasis, partly via SNO1/SOS4.

 

中文摘要(谷歌机翻译)

根尖区被认为是铁(Fe)毒性的主要作用部位,比其他根区更敏感,但其根源机理尚不清楚。

我们探索了支持拟南芥根尖较高敏感性的机制,并使用NO相关突变体和药理方法阐明了一氧化氮(NO)的作用。

根尖的高Fe敏感性与钾(K +)保留减少有关。根尖中的NO显着高于根中其他位置的水平,并且参与了过量Fe下主要根尖区的生长的抑制,至少部分与NO诱导的通过SNO1(对一氧化氮1敏感)导致的K +损失有关/ SOS4(盐过于敏感4)并降低了根尖区细胞的活力。此外,乙烯可以拮抗过量铁抑制的根生长和钾离子外排,部分原因是通过控制根尖NO含量。

我们得出结论,过量的铁会通过增加根尖区NO的含量而减缓根的生长,并且这种衰减与NO介导的K +动态平衡的改变有关,部分是通过SNO1 / SOS4引起的。

 

文章链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.15157

 

 

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