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浙江农林:GaHD1通过Ca2+、H2O2信号促进棉花毛状体和纤维萌发 | NMT极性生长创新科研平台

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

        NMT作为生命科学关键核心技术,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。

 

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基本信息

主题:GaHD1通过Ca2+、H2O2信号促进棉花毛状体和纤维萌发

期刊:Plant Molecular Biology

研究使用平台:NMT极性生长创新科研平台

标题:GaHD1, a candidate gene for the Gossypium arboreum SMA‑4 mutant, promotes trichome and fiber initiation by cellular H2O2 and Ca2+ signals 

作者:浙江农林大学戎均康

 

检测离子/分子指标

Ca2+,H2O2

 

检测样品

棉花纤维表皮细胞

 

 

中文摘要(谷歌机翻)

        氮吸收是氮代谢的第一步,是限制植物生长的关键因素。为了了解控制茶树中氮吸收和代谢的基因表达网络,分析了两组茶树的幼根中的转录组,这些茶树在不同氮处理(0、0.2和2 mM)下的生长速率明显不同。使用成对比较和加权基因共表达网络分析(WGCNA),成功构建了16个共表达模块。其中,确定了对低氮处理基本有反应的特定模块(绿松石)。基于KEGG分析,利用富集“ N代谢”途径的相关基因构建N代谢的基因共表达网络。最后,一个高亲和力的铵离子转运蛋白CsAMT1.2被确定为茶树根部N代谢网络中的中枢基因,该基因的表达可以被N的再供应所诱导。基因功能分析表明,CsAMT1.2可以补充31019b酵母细胞中MEP1,MEP2和MEP3基因的功能,并改善低NH4+水平下31019b的NH4+吸收率。因此,CsAMT1.2是控制茶树中氮吸收的关键基因,并且可能在促进茶根中环境吸收NH4+方面起着至关重要的作用。该研究为改善茶园NUE提供了有用的基础。

 

 

离子/分子流实验处理方法

(1)H2O2:野生型及突变体,在开花前3天、开花当天、开花后3天检测。

(2)Ca2+:5.0 μM IAA+0.5 μM GA分别处理野生型、突变体;野生型和突变体无激素处理对照组。

 

 

离子/分子流结果

        采用NMT技术比较了WT和突变体在-3到3 DPA范围内纤维萌发阶段的H2O2流速。结果表明,在纤维萌发阶段,WT表皮细胞内H2O2外排信号显著增加,流速在0 DPA时达到峰值,3 DPA时下降。与野生型相比,突变体的外排速率显著降低(图1)。

 

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图1

        ROS可以调节Ca2+稳态,并且Ca和ROS是纤维细胞生长的关键因素。为了证实该结果,我们在WT和SMA-4突变体的纤维发育过程中监测了净Ca2+流速。与突变体相比,WT引起了纤维细胞尖端的Ca2+内流速率增加(图2a)。当突变体胚珠与GA和IAA一起在BT中培养时,Ca2+内流速率显著增加。这些结果与胚珠中的H2O2浓度和纤维生长表型一致(图2b)。

 

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图2

其它实验结果

  • SMA-4是一个茎无毛和无纤维种子的突变体,胚珠表面光滑,在3 DPA时,突变体仍然显示出延迟纤维细胞突起。

  • GaHD1它编码一个与GhHD1同源的HOX亮氨酸拉链蛋白,是最有可能的候选基因。

  • 转录组选择性剪接分析表明,GaHD1的点突变导致SMA-4的转录错误剪接。

  • 转录体的主成分分析显示三组样本根据纤维发育阶段(-3、0和3 DPA)聚集在一起。在每个亚组中,突变体和WT重复趋向于聚集在一起。与野生型at -3 DPA相比,SMA-4突变体中DEGs的数量最高。

  • 为了探索SMA-4突变体和WT棉花之间的时空差异基因表达模式,分析了纤维发育过程中所有具有不同表达模式的DEGs,并把这些DEGs分成了6个聚类。

  • 在-3到3 DPA时,野生型突变体的H2O2水平显著高于突变体,说明ROS信号(主要是H2O2)在纤维萌发阶段受到抑制和延迟。

  • 病毒诱导的GaHD1基因沉默降低了棉花茎毛状体密度,但在拟南芥中过度表达则激活了毛状体的发育。

 

 

结论

        本研究通过精细定位和选择性剪接分析表明,同源域亮氨酸拉链IV家族基因(GaHD1)剪接位点的核苷酸替换(AG→AC)可能导致基因A3S错误,表明GaHD1是sma-4(ha)的候选基因。许多与纤维萌发相关的基因在突变体中有差异表达,这可能导致突变体中的H2O2或Ca等纤维萌发信号被阻断。进一步对SMA-4和WT棉花的H2O2产生和Ca2+流速的生理比较分析证实,H2O2和Ca是重要的纤维萌发信号,受GaHD1调控。利用激素对突变体进行体外胚珠培养,恢复了纤维状表型,并恢复了这些信号。GaHD1基因在拟南芥中的过表达增加了萼片、叶和茎组织的毛状体密度,而GaHD1基因的瞬时沉默降低了毛状体的密度。这些表型表明,GaHD1是SMA-4的候选基因,在棉花毛状体和纤维萌发信号转导的上游分子开关中起着关键作用。

 

 

离子流实验使用的测试液

0.1 mM CaCl2, 0.1% sucrose, pH 6.0

 

 

文章原文:https://doi.org/10.1007/s11103-020-01000-3

 

关键词:纤维引发,棉花,SMA-4,ROS稳态,Ca2+流速

 

 

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