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NMT作為生命科學底層核心技術，是建立活體創(chuàng)新科研平臺的*技術。2005年~2020年，NMT已扎根中國15年。2020年，中國NMT銷往瑞士蘇黎世大學，正式打開歐洲市場。

基本信息

主題：NMT為磷脂絲胺酸合成酶調控作物耐鹽提供直接證據(jù)

期刊：Horticulture Research

研究使用平臺：NMT農作物耐鹽創(chuàng)新科研平臺

標題：Overexpression ofphosphatidylserine synthase IbPSS1 affords cellular Na⁺ homeostasisand salt tolerance by activating plasma membrane Na⁺/H⁺ antiportactivity in sweet potato roots

作者：江蘇師范大學孫健、李宗蕓

檢測指標

Na⁺、H⁺、Ca²⁺

檢測樣品

甘薯幼苗的轉基因根（TRs）以及WT和轉基因株系的不定根（ARs）

離子流實驗處理方法

4.1預處理

① 200 mM NaCl處理24小時，檢測TRs和ARs伸長區(qū)（距根尖1.5、2.0、3.0 mm的根表上的點）和成熟區(qū)（距根尖10、12、15 mm的根表上的點）Na⁺和H⁺流速。

② 檢測WT和轉基因株系伸長區(qū)和成熟區(qū)在200mMNaCl處理9d的Na+流速。

③ 檢測150mM NaCl脅迫WT和轉基因系根伸長區(qū)（距根尖2mm的根表上的點）的Ca²⁺流速。

④ 外源血磷脂酰絲氨酸（LPS）預處理的WT，在NaCl脅迫48h后，測定根系伸長區(qū)Na⁺流速

⑤ LPS預處理的WT，在NaCl處理10min后，測定根伸長區(qū)（距根尖1.5、2.5和3mm的根表上的點）Ca²⁺流速。

⑥ LPS預處理的WT，測定10mM H₂O₂處理，根伸長區(qū)（距根尖1.5、2.5和3mm的根表上的點）Ca²⁺流速。

4.2瞬時處理

①150 mM NaCl和10 mM H₂O₂瞬時處理 TRs和ARs伸長區(qū)（距2 mm的根表上的點）記錄Ca²⁺流速。

②10mM H₂O₂瞬時處理WT和轉基因植株根伸長區(qū)（距2 mm的根表上的點）記錄Ca²⁺流速

K⁺流Ca²⁺流結果

5.1 IbPSS1過表達甘薯根系細胞Na+穩(wěn)態(tài)改變

在NaCl（200mM）脅迫24h后，ARs和TRs的所有被測根區(qū)（伸長區(qū)和成熟區(qū)）都顯示出明顯的Na⁺外排（圖1A），而在TRs中觀察到比ARs更明顯的Na⁺外排。TRs兩個根區(qū)的平均Na⁺外排速率分別比ARs高2.5倍和2.3倍（圖1A、B）。相應地，在ARs和TRs的兩個根區(qū)記錄到明顯的H⁺內流（圖1C）。與Na⁺外排相似，TRs兩個根區(qū)的H⁺內流明顯高于ARs（圖1D）。在沒有NaCl脅迫的情況下，ARs和TRs之間沒有觀察到Na⁺或H⁺流速的差異（數(shù)據(jù)未展示）。這些結果表明，IbPSS1過表達通過激活PM-Na⁺/H⁺逆向轉運體活性來抑制細胞Na⁺的積累。

 圖1

5.2 IbPSS1在甘薯根中的過表達增強了PM-Ca²⁺通道對NaCl和H₂O₂的敏感性

為了研究IbPSS1對鹽漬甘薯根系Ca²⁺轉運的影響，我們測定了NaCl誘導的瞬時Ca²⁺流速。NaCl（150mM）在ARs的伸長區(qū)誘導了一個瞬時且逐漸減少的Ca²⁺外排，在NaCl處理20min后恢復到對照水平（圖2A）。我們沒有觀察到鹽脅迫下ARs中Ca²⁺內流明顯增加。然而，NaCl誘導TRs伸長區(qū)的Ca²⁺外排量遠低于ARs（圖2A）。在TRs中，我們觀察到添加NaCl后，從0分鐘到10分鐘，NaCl誘導的Ca²⁺外排逐漸減少，并且在NaCl處理10分鐘后，Ca²⁺流出明顯轉變?yōu)镃a²⁺內流（圖2A）。這些結果清楚地表明IbPSS1的過表達增強了甘薯根PM- Ca²⁺通道對NaCl脅迫的敏感性。

我們進一步比較了H₂O₂誘導的ARs和TRs伸長區(qū)的Ca²⁺流速。H₂O₂（10mM）誘導了ARs中Ca²⁺的立即內流。H₂O₂處理下的平均Ca²⁺內流速率達到23 pmol cm^-2 s^-1（圖2B）。H₂O₂誘導TRs伸長區(qū)Ca²⁺內流較ARs明顯。TRs中的平均Ca²⁺內流率達到60 pmol cm^-2 s^-1（圖2B）。這些結果表明，在TRs中PM-Ca²⁺通道對H₂O₂的敏感性也增強。

圖2

5.3IbPSS1過表達提高轉基因甘薯的耐鹽性

為了確定IbPSS1是否能在整個植株水平上提高耐鹽性，三個具有多bPSS1轉錄水平的再生轉基因系（L11、L17和L19）被用于進一步的生理特性鑒定。對WT和IbPSS1轉基因苗進行NaCl（200mM）處理9天。結果發(fā)現(xiàn)，三個轉基因品系鹽漬根的伸長區(qū)和成熟區(qū)的Na⁺凈外排量顯著高于野生型（圖3G）。此外，在IbPSS1高表達幼苗的根部，PM-Ca²⁺滲透通道對NaCl和H₂O₂的敏感性增強（圖3H，J）。

在NaCl（200mM）脅迫48h后，LPS預處理的WT根系伸長區(qū)Na⁺外排量比未處理的增加了65%（圖3C）。此外，由NaCl脅迫（150mM；在NaCl處理10 min后開始測量Ca²⁺流速；圖3D）和H₂O₂（10 mM；H₂O₂處理后立即開始測量Ca²⁺流速；圖3E）誘導的平均Ca²⁺內流速率在LPS預處理的根中比未處理的根增強更多。

 圖3

其他實驗結果

• IbPSS1參與了磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）的合成。

• 高效甘薯根系轉基因體系可以有效地用于確定相關基因在介導甘薯根系Na⁺穩(wěn)態(tài)中的作用。

• IbPSS1過表達在全株水平上提高了轉基因甘薯的耐鹽性

結論

IbPSS1通過促進根系Na⁺穩(wěn)態(tài)和Na⁺外排來增強甘薯的耐鹽性，而后一過程可能是通過PS增強根內Ca²⁺信號來控制的。

離子流實驗使用的測試液

0.5 mM NaCl，0.1 CaCl2，pH 6.0