PCE南农沈文飚：NMT发现内源氢提升质子泵及Na-H逆向转运体活性促植物耐盐​

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NMT作为生命科学底层核心技术，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。

基本信息

主题：NMT发现内源氢提升质子泵及Na-H逆向转运体活性促植物耐盐

期刊：Plant Cell & Environment

影响因子：6.362

研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台

标题：Molecular hydrogen-induced salinity tolerance requires melatonin signalling in Arabidopsis thaliana

作者：南京农业大学沈文飚、苏久厂

检测离子/分子指标

Na⁺、K⁺、H⁺

检测样品

拟南芥根（距根尖400 μm根表上的点）

 

 

中文摘要（谷歌机翻）

 

褪黑素（MT）在盐分胁迫耐受性中发挥积极作用。但是，调节MT的上游信号组件知之甚少。在这里，我们报告内源性MT在拟南芥的盐度响应中作用于分子氢（H₂）的下游。来自莱茵衣藻的富氢水的添加和hydroase1基因（CrHYD1）的表达增加了内源性H₂和MT水平，并提高了耐盐性。没有血清素N-乙酰基转移酶基因（SNAT）时，未观察到这些结果。H₂增加了野生型和CrHYD1品系中SNAT转录物的水平，其中Na⁺/K⁺比率较低，而离子运输相关基因转录物的水平较高。在atsnat/CrHYD1-4杂交种中未观察到这些变化。在CrHYD1植物中观察到的MT依赖性Na⁺外排增加，至少部分是由于跨质膜的Na⁺/H⁺逆向转运增强所致。在atsnat/CrHYD1-4杂交种中，内源性H₂诱导的MT依赖离子和氧化还原稳态的调节受到损害。综上所述，这些结果表明，MT诱导的盐度耐受性是由H₂信号级联诱导的，该信号级联响应盐度调节离子和氧化还原稳态。

 

 

离子/分子流实验处理方法

 

5日龄拟南芥幼苗，

① 135 mM NaCl处理2 d

② 135 mM NaCl实时处理

③ 500 μM原钒酸盐（PM H⁺-ATPase抑制剂）处理30 min

④ 100 μM阿米洛利（Na⁺/H⁺逆向转运蛋白抑制剂）处理30 min

 

 

 

离子/分子流实验结果

 

在对照条件下，WT、CrHYD1-3、CrHYD1-4、atsnat/CrHYD1-4和atsnat幼苗之间的净Na⁺、H⁺和K⁺流速差异不显著（图1A-C）。在NaCl胁迫下，CrHYD1-3和CrHYD1-4植株根系Na⁺外排速率和H⁺内流速率均高于WT（图1A, B）。同时，atsnat/CrHYD1-4杂交种与WT的Na⁺外排速率和H⁺内流速率变化差异不显著。相反，atsnat根中的Na⁺外排速率和H⁺内流速率低于atsnat/CrHYD1-4杂交种和WT。研究还观察到CrHYD1-3和CrHYD1-4植株的根表现出比WT更低的净K⁺外排速率（图1C），而atsnat/CrHYD1-4根中的K⁺外排速率与WT相同。与WT和atsnat/CrHYD1-4相比，在atsnat根中也观察到更高的净K⁺外排速率（图1C）。

接下来，研究监测了盐胁迫对拟南芥根系实时K⁺流速的影响。如图1D所示，与WT相比，CrHYD1-3和CrHYD1-4的实时K⁺流速对NaCl实时处理的敏感性较低。但是，atsnat/CrHYD1-4的实时K⁺外排速率与WT相似。相反，与atsnat/CrHYD1-4和WT植物相比，atsnat突变体具有更高的实时K⁺外排速率。另外，NaCl实时处理期间根系中K⁺流速的平均值也显示出类似的趋势（图1E）。综上，褪黑素（Melatonin，MT）可能在盐胁迫下对内源性H₂诱导的离子转运起积极的调节作用。

在NaCl胁迫下，检测了质膜转运体抑制剂对WT，CrHYD1-3，CrHYD1-4，assnat/CrHYD1-4和atsnat幼苗根中Na⁺、H⁺或K⁺流速的影响。当NaCl处理的根用原钒酸盐或阿米洛利处理时，尤其是阿米洛利对Na⁺外排的抑制更为明显（图2A）。类似地，H⁺内流被原钒酸盐或阿米洛利阻断，尤其是原钒酸盐（图2B）。这些结果表明MT介导的Na⁺外排，部分通过Na⁺/H⁺逆向转运蛋白穿过质膜，对内源性H₂诱导的耐盐性起重要作用。同样，上述结果也表明，在拟南芥内源性H₂诱导的盐耐受性中，液泡Na⁺区隔化的能力增加，并通过MT诱导的定位于液泡膜的Na⁺/H⁺逆向转运体表达得到证实。一些研究报道表明，盐诱导的K⁺流速由PM H⁺-ATPase介导。此外，Na⁺/H⁺逆向转运体也可能介导盐胁迫下的K⁺运输。在本研究中，原钒酸盐和阿米洛利不同程度地增加了NaCl胁迫下拟南芥的K⁺外排速率（图2C）。

 

 

其他实验结果

 

• MT在内源性H₂介导的拟南芥耐盐性中起下游信号分子的作用。

• MT在内源性H₂诱导的离子稳态中发挥作用，对耐盐性具有积极作用。

• MT介导的抗氧化防御是拟南芥内源H₂诱导的耐盐性所必需的。

 

 

 

结论

 

这项研究的结果表明，在涉及内源性H₂和MT的网络中，这些参与者调节离子和氧化还原稳态，最终增强耐盐性（图3）。该研究表明，内源性H₂引发的SNAT依赖性MT的产生，至少有一部分是耐盐性所必需的。内源性H₂是如何调控MT的合成的，目前仍未完全了解。响应盐胁迫，H₂和MT均可用于胁迫诱导的信号传导途径，其他共享的转导成分可能在替代途径上发挥积极的调节作用。所以，应探讨内源H₂提高植物耐盐性的其他下游信号。针对这一问题，还需要进一步研究。

 

 

测试液

 

0.1 mM CaCl₂, 0.1 mM KCl, 0.1 mM NaCl, 0.3 mM MES, pH 6.5

 

 

文章原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.13926

 

2019版《NMT论文集》已出版

 

关键词：拟南芥；内源H₂；褪黑素；耐盐性