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4月8日，某研究所将NMT技术应用于钙信号研究，测试样品为小麦，测试指标为Ca2+，在旭月研究院完成实验。| 5月9号，某研究院将NMT技术应用于逆境生理领域，测试样品为黄瓜幼苗，测试指标为NO3-、NH4+，在旭月研究院完成实验。| 6月2号，某研究院将NMT技术应用于逆境胁迫领域，测试样品为棉花苗，测试指标为Ca2+、H+、K+、Na+、IAA，在旭月研究院完成实验。| 6月5号，某研究院将NMT技术应用于植物逆境领域，测试样品为苜蓿，测试指标为K+，在旭月研究院完成实验。| 6月9号，某研究所将NMT技术应用于水稻逆境领域，测试样品为水稻，测试指标为Na+、Ca2+，在中国科学院植物研究所完成实验。| 6月11号，某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域，测试样品为酵母细胞，测试指标为IAA，在旭月研究院完成实验。| 6月16号，某高校将NMT技术应用于昆虫研究，测试样品为昆虫，测试指标为Ca2+、K+，在旭月研究院完成实验。| 6月19号，某研究院将NMT技术应用于植物抗逆领域，测试样品为拟南芥，测试指标为Ca2+，在旭月研究院完成实验。|

PBJ青农学者：NMT发现高K+胁迫下MT处理、过表达WRKY53可促苹果根排钾及液泡区隔钾 为探究MT缓解钾胁迫的机制提供证据

 

基本信息

主题：NMT发现MdWRKY53通过增加K+外排和液泡对K+区隔化来增强转基因苹果植株的KCl耐受性

期刊：Plant Biotechnology Journal

影响因子：13.8

研究使用平台：NMT盐碱胁迫创新平台

标题：Melatonin enhances KCl salinity tolerance by maintaining K+ homeostasis in Malus hupehensis

作者：青岛农业大学郑晓东、孙志娟、李健宇 、国佃明

获奖情况：该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”一等奖

NMT文章作者点击申奖

 

检测离子/分子指标

K+

 

检测样品

苹果根（距根尖100 μm的根表上的点）

 

供稿人简介

孙志娟，青岛农业大学生命科学学院实验师，围绕果树分枝的调控机理、果树耐盐碱等方向进行研究。获得国自然青年基金、国自然基金面上项目等基金项目。

 

中文摘要

为了提高苹果果实品质和产量，经常在苹果果园中施用大量钾肥，从而加剧钾肥对苹果植株的盐胁迫。褪黑素(MT)参与植物的多种非生物胁迫反应。然而，其在KCl胁迫耐受中的作用尚不清楚。在本研究中，我们发现适当浓度(100 μM)的MT通过增强K+细胞外排并促进K+进入液泡，以维持细胞K+离子稳态缓解不同苹果砧木受到的KCl胁迫。此外，还通过RNA-seq鉴定出了共同响应KCl胁迫和褪黑素处理的关键转录因子MdWRKY53。过表达MdWRKY53通过增加K+外排和K+区室化来增强转基因苹果植株的KCl耐受性。随后，我们通过ChIP-seq鉴定了转运基因MdGORK1和MdNHX2是MdWRKY53的下游靶点。MdGORK1定位于质膜，通过增强K+外排，提高转基因苹果植株的KCl耐受性。此外，过表达MdNHX2通过将K+区隔到液泡中，增强了转基因苹果植株/愈伤组织对KCl的耐受性。RT-qPCR和LUC活性分析表明，MdWRKY53结合MdGORK1和MdNHX2的启动子并诱导其转录。综上所述，我们的研究结果表明，在苹果中可通过MT-WRKY53-GORK1/NHX2-K+调控网络调节K+稳态，提高苹果对KCl胁迫的耐受性。这些发现揭示了苹果对KCl盐胁迫响应的分子机制，为MT在盐胁迫中的实际应用奠定了基础。

 

离子/分子流实验处理方法

2月龄苹果幼苗50mM KCl处理6 h

2月龄苹果幼苗50mM KCl+100μM MT处理6 h

超表达MdWRKY53/GORK1/MdWRKY53+RNAi MdGORK1转基因苹果幼苗2月龄50mM KCl处理6 h

 

离子/分子流实验结果

由于褪黑素处理能显著缓解苹果植株的KCl胁迫，故采用非损伤微测技术（NMT）检测根中K+的外排速率。与对照组相比，在KCl胁迫下的苹果根K+的吸收显著增加，而外源MT的施用显著增强了KCl胁迫下苹果根K+的外排(图1）。

 

图1.KCl胁迫和外源100μM MT对苹果根K+外排的影响。正值代表K+外排，负值代表K+吸收。

我们通过RNA-seq鉴定出了共同响应KCl胁迫和褪黑素处理的关键转录因子MdWRKY53，通过NMT检测发现，在KCl胁迫下，与野生型相比，超表达MdWRKY53的植株中K+的外排显著增加。

图2.KCl胁迫下超表达 MdWRKY53转基因和野生型植株对K+外排的影响。正值代表K+外排，负值代表K+吸收。

通过NMT检测发现，在KCl胁迫下，与野生型相比，超表达GORK1的植株中K+的外排显著增加。

图3.KCl胁迫下超表达GORK1转基因和野生型植株对K+外排的影响。正值代表K+外排，负值代表K+吸收。

我们在超表达 MdWRKY53苹果根系中瞬时转化了RNAi MdGORK1，并检测了K+流速。结果表明，OE MdWRKY53 + RNAi MdGORK1苹果根的K+净流速明显低于超表达 MdWRKY53苹果根(图4)。这些结果表明，MdWRKY53通过调节MdGORK1的表达来调节K+外排。

图4.KCl胁迫下超表达 MdWRKY53、OE MdWRKY53 + RNAi MdGORK1转基因和野生型植株对K+外排的影响。正值代表K+外排，负值代表K+吸收。

 

 

其他实验结果

  • 外源MT可减轻KCl处理引起的氧化损伤和渗透胁迫。
  • 外源MT主要通过调节K:Na比来缓解KCl胁迫。
  • MdWRKY53是一种定位于细胞核的转录激活因子。
  • 通过ChIP-seq、EMSA、qPCR和LUC活性检测发现MdWRKY53可以结合MdGORK1和MdNHX2的启动子并上调他们的表达。
  • MdNHX2通过区隔K+至液泡中来提高苹果植株耐钾性。

 

结论

在苹果中可通过MT-WRKY53-GORK1/NHX2-K+调控网络调节K+稳态，提高苹果对KCl胁迫的耐受性。这些发现揭示了苹果对KCl盐胁迫响应的分子机制，为MT在盐胁迫中的实际应用奠定了基础。

 

测试液

0.5 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, pH 6.0

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统


文章原文：http://doi.org/10.1111/pbi.14129

 

供稿：孙志娟

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：K+；盐胁迫；褪黑素；区隔化；苹果；根；植物类

 

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