Hortic Res：（通讯作者讲解视频）NMT结合根系转基因技术快速验证耐盐基因功能

基本信息

主题：NMT为磷脂丝胺酸合成酶调控作物耐盐提供直接证据

期刊：Horticulture Research

研究使用平台：NMT农作物耐盐创新科研平台

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

作者：江苏师范大学孙健、李宗芸

检测指标

Na⁺、H⁺、Ca²⁺

检测样品

甘薯幼苗的转基因根（TRs）以及WT和转基因株系的不定根（ARs）

离子流实验处理方法

4.1预处理

① 200 mM NaCl处理24小时，检测TRs和ARs伸长区（距根尖1.5、2.0、3.0 mm的根表上的点）和成熟区（距根尖10、12、15 mm的根表上的点）Na⁺和H⁺流速。

② 检测WT和转基因株系伸长区和成熟区在200mMNaCl处理9d的Na+流速。

③ 检测150mM NaCl胁迫WT和转基因系根伸长区（距根尖2mm的根表上的点）的Ca²⁺流速。

④ 外源血磷脂酰丝氨酸（LPS）预处理的WT，在NaCl胁迫48h后，测定根系伸长区Na⁺流速

⑤ LPS预处理的WT，在NaCl处理10min后，测定根伸长区（距根尖1.5、2.5和3mm的根表上的点）Ca²⁺流速。

⑥ LPS预处理的WT，测定10mM H₂O₂处理，根伸长区（距根尖1.5、2.5和3mm的根表上的点）Ca²⁺流速。

4.2瞬时处理

①150 mM NaCl和10 mM H₂O₂瞬时处理 TRs和ARs伸长区（距尖端2 mm的根表上的点）记录Ca²⁺流速。

②10mM H₂O₂瞬时处理WT和转基因植株根伸长区（距尖端2 mm的根表上的点）记录Ca²⁺流速。

Na⁺、H⁺、Ca²⁺流结果

5.1 IbPSS1过表达甘薯根系细胞Na+稳态改变

在NaCl（200mM）胁迫24h后，ARs和TRs的所有被测根区（伸长区和成熟区）都显示出明显的Na⁺外排（图1A），而在TRs中观察到比ARs更明显的Na⁺外排。TRs两个根区的平均Na⁺外排速率分别比ARs高2.5倍和2.3倍（图1A、B）。相应地，在ARs和TRs的两个根区记录到明显的H⁺内流（图1C）。与Na⁺外排相似，TRs两个根区的H⁺内流明显高于ARs（图1D）。在没有NaCl胁迫的情况下，ARs和TRs之间没有观察到Na⁺或H⁺流速的差异（数据未展示）。这些结果表明，IbPSS1过表达通过激活PM-Na⁺/H⁺逆向转运体活性来抑制细胞Na⁺的积累。

图1

5.2 IbPSS1在甘薯根中的过表达增强了PM-Ca²⁺通道对NaCl和H₂O₂的敏感性

        为了研究IbPSS1对盐渍甘薯根系Ca²⁺转运的影响，我们测定了NaCl诱导的瞬时Ca²⁺流速。NaCl（150mM）在ARs的伸长区诱导了一个瞬时且逐渐减少的Ca²⁺外排，在NaCl处理20min后恢复到对照水平（图2A）。我们没有观察到盐胁迫下ARs中Ca²⁺内流明显增加。然而，NaCl诱导TRs伸长区的Ca²⁺外排量远低于ARs（图2A）。在TRs中，我们观察到添加NaCl后，从0分钟到10分钟，NaCl诱导的Ca²⁺外排逐渐减少，并且在NaCl处理10分钟后，Ca²⁺流出明显转变为Ca²⁺内流（图2A）。这些结果清楚地表明IbPSS1的过表达增强了甘薯根PM- Ca²⁺通道对NaCl胁迫的敏感性。

        我们进一步比较了H₂O₂诱导的ARs和TRs伸长区的Ca²⁺流速。H₂O₂（10mM）诱导了ARs中Ca²⁺的立即内流。H₂O₂处理下的平均Ca²⁺内流速率达到23 pmol cm^-2 s^-1（图2B）。H₂O₂诱导TRs伸长区Ca²⁺内流较ARs明显。TRs中的平均Ca²⁺内流率达到60 pmol cm^-2 s^-1（图2B）。这些结果表明，在TRs中PM-Ca²⁺通道对H₂O₂的敏感性也增强。

图2

5.3IbPSS1过表达提高转基因甘薯的耐盐性

        为了确定IbPSS1是否能在整个植株水平上提高耐盐性，三个具有最高IbPSS1转录水平的再生转基因系（L11、L17和L19）被用于进一步的生理特性鉴定。对WT和IbPSS1转基因苗进行NaCl（200mM）处理9天。结果发现，三个转基因品系盐渍根的伸长区和成熟区的Na⁺净外排量显著高于野生型（图3G）。此外，在IbPSS1高表达幼苗的根部，PM-Ca²⁺渗透通道对NaCl和H₂O₂的敏感性增强（图3H，J）。

        在NaCl（200mM）胁迫48h后，LPS预处理的WT根系伸长区Na⁺外排量比未处理的增加了65%（图3C）。此外，由NaCl胁迫（150mM；在NaCl处理10 min后开始测量Ca²⁺流速；图3D）和H₂O₂（10 mM；H₂O₂处理后立即开始测量Ca²⁺流速；图3E）诱导的平均Ca²⁺内流速率在LPS预处理的根中比未处理的根增强更多。

图3

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41438-020-00358-1

关键词：非损伤微测技术，Na⁺、H⁺、Ca²⁺流速，甘薯