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黄瓜耐盐的信号转导机制研究取得进展

核心提示: 11月14日,《Journal of Experimental Botany》 杂志在线发表了我校别之龙教授团队的最新研究成果论文,题为 “Root respiratory burst oxidase homologue-dependent H2O2 production confers salt tolerance on a grafted cucumber by controlling Na+ exclusion and stomatal closure”。该文解析了根源H2O2信号调控嫁接黄瓜耐盐性

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南湖网讯(通讯员 牛蒙亮)11月14日,《Journal of Experimental Botany》 杂志在线发表了我校别之龙教授团队的最新研究成果论文,题为 “Root respiratory burst oxidase homologue-dependent H2O2 production confers salt tolerance on a grafted cucumber by controlling Na+ exclusion and stomatal closure”。该文解析了根源H2O2信号调控嫁接黄瓜耐盐性的机制。论文第一作者为我校园艺林学学院在读博士研究生牛蒙亮,通讯作者为别之龙教授,该研究得到国家自然科学基金和中以国际合作项目资助。澳大利亚塔斯马尼亚大学Sergey Shabala教授也参与了本课题的研究。

嫁接是提高果菜类蔬菜作物对土传病害抗性和非生物胁迫抗性的重要手段,已在生产中得到广泛应用,相关的嫁接生物学一直是园艺领域的研究热点。黄瓜耐盐性弱于南瓜,将黄瓜嫁接到南瓜砧木上能显著提高前者耐盐性,在这个过程中南瓜根系质膜Na+/H+反转运蛋白(SOS1)以及质膜H+-ATPase发挥了关键作用。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。前人研究已经证明维持植物体内H2O2平衡对SOS1发挥活性有至关重要的作用。位于质膜上的NADPH氧化酶是植物在受胁迫下产生H2O2的主要途径,由Rboh (respiratory burst oxidase homologue)家族基因编码,研究发现RbohD和RbohF拟南芥突变体材料体内H2O2水平降低,Na+在地上部积累量显著高于野生型。但H2O2在嫁接黄瓜中是如何参与Na+转运过程尚未见报道。

为明确不同嫁接复合体对Na+吸收和向接穗中转移速率,课题组首先构建了黄瓜/南瓜,黄瓜/黄瓜两个嫁接组合,利用非损伤微测技术(NMT)测定了二者根尖与嫁接位点上、下茎中Na+,K+和H+离子流速,结果表明以南瓜为砧木的嫁接苗根系具有更强的Na+外排能力,推测是造成不同嫁接复合体地上部Na+积累差异的直接原因。对不同嫁接复合体的根系盐处理后H2O2进行激光共聚焦观测,发现南瓜嫁接苗根系盐处理早期(3 h)存在H2O2爆发现象,推测其作为信号介导了嫁接耐盐,进一步利用NADPH氧化酶抑制剂DPI对材料根系进行处理,结果发现添加抑制剂DPI后南瓜嫁接苗根系早期H2O2形成受阻,Na+外排与H+内吸速率均显著下降,对SOS1、PMA等基因表达的分析也证明H2O2信号参与了SOS1途径介导的耐盐过程,以南瓜为砧木的嫁接苗在盐胁迫下叶片气孔关闭更早,有助于降低失水和维持植株水势。基于上述研究结果,课题组提出根源H2O2信号调控嫁接黄瓜耐盐性的机制,南瓜砧木通过控制根源Rboh基因介导的H2O2信号增强了根系Na+外排能力,并通过促进盐胁迫下早期的叶片气孔关闭来适应盐胁迫。

论文链接:https://academic.oup.com/jxb/article/4626780

审核人:别之龙

责任编辑:王银
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