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PCP李银心:NMT发现盐胁迫下磷脂酰丝氨酸合酶可促植物保钾缓解质膜去极化


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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发现盐胁迫下磷脂酰丝氨酸合酶可促植物保钾缓解质膜去极化

期刊:Plant & Cell Physiology

影响因子:4.062

研究使用平台:NMT植物耐盐创新平台

标题:Phosphatidylserine Synthase from Salicornia europaea Is Involved in Plant Salt Tolerance by Regulating Plasma Membrane Stability

作者:中科院植物所李银心、吕素莲、台方

 

检测离子/分子指标

K+

 

检测样品

盐角草根细胞

 

 

 

中文摘要(谷歌机翻)

盐诱导的脂类改变在许多植物物种中已有报道,然而,脂类生物合成和代谢如何调控,脂类在植物耐盐性中如何发挥作用的研究却少得多。在本研究中,盐角草细胞质膜(PM)中磷脂酰丝氨酸(PS)含量明显高于拟南芥。随后从盐角草中分离到一个编码磷脂酰丝氨酸合成酶(PSS)的基因,命名为SePSS。多重比对和系统发育分析表明,SePSS属于碱基交换型PSS,位于内质网。在400或800 mM NaCl胁迫下,SePSS在盐角草悬浮细胞中的失活导致PS含量降低,细胞存活率降低,PM去极化和K+外排增加。相比之下,SePSS的上调导致拟南芥PS和磷脂酰乙醇胺(PE)水平升高,耐盐性增强,同时转基因株系中活性氧积累比WT低,膜损伤较少,PM去极化较少,K+/Na+较高。这些结果表明,PS水平与植物耐盐性呈正相关,SePSS通过调节PS水平参与植物耐盐性,进而调节PM电位和通透性,维持离子稳态。本研究的工作内容为改善植物在多重胁迫下的生长提供了一个潜在的策略

 

 

离子/分子流实验处理

0、400、800 mM NaCl处理2 h

 

 

离子/分子流实验结果

盐胁迫下,植物的PM常常会发生去极化,导致K+从细胞中渗出。为了研究SePSS在盐胁迫下调节膜电位的可能作用,分别用0、400和800 mM NaCl处理空载体(empty vector,EV)细胞和SePSS-RNAi细胞。采用非损伤微测技术(NMT)检测K+净流速,与无盐处理相比,400和800 mM NaCl处理使EV细胞K+内流减少,800 mM NaCl处理使SePSS-RNAi细胞K+由内流转为外排(图1)。这些结果表明,敲除SePSS可能会加剧NaCl诱导的PM去极化,从而导致K+从细胞中渗漏

图1. 在不同NaCl浓度下盐角草细胞的净K+流速

 

 

其他实验结果

  • 盐胁迫下,PM中PS含量增加,盐角草的PS含量明显高于拟南芥

  • SePSS编码一种位于内质网的磷脂酰丝氨酸合成酶

  • 盐处理可诱导SePSS表达

  • 敲除盐角草细胞中的SePSS导致耐盐性降低

  • 过表达SePSS增加了拟南芥PM中PS和PE的表达

  • 过表达SePSS使拟南芥的膜损伤更小,耐盐性更高。

  • 盐胁迫下转基因拟南芥根系PM去极化发生较少。

  • 盐胁迫下转基因拟南芥K+积累增加,Na+积累减少。

 

 

结论

本研究结果表明,组成性(constitutively)高的PS含量有利于盐角草的耐盐性。SePSS通过调节PS水平参与植物耐盐性。PS含量的增加可以维持PM的去极化和膜的通透性,从而维持PM的稳定性,进而维持盐胁迫下K+/Na+的稳态。考虑到PM的特性,本研究的工作内容可能为改善植物在多重胁迫下的生长提供一个潜在的策略。对可以与PS相互作用的蛋白质的进一步研究将增进本研究对PS在植物耐盐性中的作用的了解。此外,未来研究盐角草对盐胁迫响应的膜脂重塑模式,可为该物种其他脂类的作用及其盐适应机制提供重要的认识

 

 

测试液

0.5 mM KCl, 0.2 mM CaCl2, 2.5% sucrose , pH 5.7

 

 

仪器采购信息

据中关村NMT产业联盟了解,中国科学院植物研究所于2016年采购了美国扬格公司的非损伤微测系统。

 

 

文章原文:https://doi.org/10.1093/pcp/pcaa141

 

2019版《NMT论文集》已出版

 

关键词:去极化;膜通透性;磷脂酰丝氨酸;质膜;盐角草;盐胁迫