在动物体内，Piezo蛋白作为非选择性阳离子内流离子通道发挥作用。特别是Piezo蛋白主要介导Ca²⁺的流速。研究使用非损伤微测技术（NMT）来检测根冠中Ca²⁺的流速（图1A）。在液体测试环境中，研究发现WT根冠处的净Ca²⁺内流速率明显高于atpiezo突变体的内流速率（图1B, C）。这些结果表明AtPiezo可能影响根冠中Ca²⁺的流动。

图1. AtPiezo影响植物根冠Ca²⁺流速。（A）采用NMT测量Ca²⁺速率的位置示意图。（B）在培养基上生长5天的Col-0、piezo-1和piezo-c1幼苗的净Ca²⁺速率。（C）根冠尖端Ca²⁺流速的实时变化情况

 

 

 

其他实验结果

• 本研究在筛选的37种代表性的植物中都发现了Piezo基因，并且Piezo蛋白的C端结构域是保守的。

• AtPiezo在拟南芥根和幼叶中高度表达。在幼苗的根中，AtPiezo在根维管系统和根尖中特异性表达。根尖的横截面显示AtPiezo主要在根冠中表达。RT-PCR的结果与GUS染色结果一致。

• AtPiezo可能影响植物根系对培养基表面力的响应。

• 当拟南芥在含有0.8%琼脂的培养基中生长时，atpiezo突变体中螺旋根和侧根的数量都比WT多。

• 研究推测atpiezo突变体的根冠对机械力的敏感度较低，导致根冠形态发生改变，可能会影响根的生长方向，决定根的结构。

 

 

结论

本研究认为AtPiezo在根系对机械力的响应中起重要作用。AtPiezo作为一种潜在的阳离子通道，可能在不同的机械刺激下影响Ca²⁺的转运。Ca²⁺调控根中多个下游生物事件，如根尖的生长发育和根冠形态。AtPiezo基因的缺失导致植物对根系机械力的响应中断。

进一步确定AtPiezo的功能，本研究克隆了AtPiezo基因的CDS序列，长度为7455 bp。经过多次尝试，在一株特殊的细菌菌株EPI400中成功构建了植物表达载体。但AtPiezo基因的表达载体不能在农杆菌中存在。因此，本研究尚未获得AtPiezo基因的转基因株系。

AtPiezo不仅在根冠中高表达，而且在维管组织、保卫细胞和花粉中也有表达。进一步的研究将集中于AtPiezo在这些组织中作用的研究。本文目前对AtPiezo的研究揭示了植物与动物之间Piezo作用的异同。它使我们更好地了解植物对机械力的响应过程。

 

 

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, pH 6.0

 

 

仪器采购信息

• 据中关村NMT产业联盟了解，兰州大学草科院、生科院分别于2016年、2019年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

• 公司动态：兰州大学“单一来源”采购扬格非损伤微测系统

 

 

文章原文：https://doi.org/10.3390/ijms22010467

 

2019版《NMT论文集》已出版

 

关键词：拟南芥；机械刺激；机械敏感离子通道；AtPiezo；根冠；Ca²⁺