《NMT 通讯》第四期
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NMT 文献速递
收稿日期：2023-3-16
编辑作者 E-mail:yanhan@nmtia.org.cn
福建农林林文雄、李忠：NMT 发现 Lsi1 促水稻根吸 Ca/K/H 排 Na
为其维持水稻细胞膜稳定性提升耐寒能力提供证据
一、基本信息
研究使用平台：
NMT
温度胁迫创新平台
期刊：
Plant Growth Regulation
主 题：
NMT
发现过表达
Lsi1
促水稻根吸
Ca/K/H
排
Na
为维持低温下水稻细胞膜稳定
性提高抗寒性提供证据
标 题：
Overexpression of the rice gene Lsi1
(low silicon gene 1) enhances plant-microbe
interactions that result in improved chilling
tolerance
影响因子：
3.242
作者：福建农林大学林文雄、李忠、谢粤斌
二、检测离子 / 分子指标
Ca
2+
、
K
+
、
Na
+
、
H
+
三、样品信息
水稻根（距根尖
600 μm
根表上的点）
四、中文摘要
低温是一种阻碍植物生长的环境现象。
相关研究主要是基于空中植物的部分。相比
之下，低温胁迫下植物地下部分与根际微
生物群相互作用的研究还不够充分。低硅
基因
1
（
Lsi1
）在
Dular
水 稻（
Oryza sativa
L.
）中过表达后，其脯氨酸（
Pro
）浓度明
显高于野生型
Dular
。这种过表达主要通过
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Ca
2+
、
K
+
和
H
+
的吸收和
Na
+
的外排来维持
细胞的渗透平衡。根尖中钙的沉积和质膜
H
+
-ATPase
活性测定结果与离子流速测定结
果一致。此外，高通量测序还发现了
84
个
属在不同的根际（包括根际（
R
）、根 际（
RS
）
和根际（
N
））中存在显著差异。鉴定出的
细菌与光合成、能量代谢、氮固定和防御有
关，在些过表达植株中显著增加。相比之下，
与植物相关的致病微生物数量明显减少。研
究结果表明，过表达植物根系中离子平衡的
稳定性影响土壤中微生物群落的结构。综上
所述，
Lsi1
基因过表达增强了水稻的耐寒
性，并对其潜在机制进行了综合分析，可为
其在水稻植株抗逆性中的作用提供进一步的
证据。
五、离子 / 分子流实验处理方法
1.5
叶期的水稻幼苗在白天
15°C/14 h
，
夜晚
10°C/10 h
下处理
48h
六、离子 / 分子流实验结果
本研究使用了非损伤微测技术（
NMT
）
评估参与低温响应、维持渗透平衡和根系防
御信号传导的一些重要离子的流速。
WT
和
OS
之间的离子流速存在显著差异（图
1
和
图
2
）。
Ca
2+
流速表明，与
WT
相 比，
OS
根的
Ca
2+
内流速率更高。此外，
WT
植物
的根部偶尔会吸收和释放
Ca
2+
。此外，
OS
植株整体吸收
Ca
2+
，吸收率达到
54.31 pico
mole • cm
-2
• s
-1
。然而，野生型植株总体上
表现出
Ca
2+
外排，速率达到
0.92 pico mole
• cm
-2
•s
-1
。
OS
根对
K
+
的吸收显著，吸收率
达到
12.78 pico mole • cm
-2
• s
-1
，但是
WT
的
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根系
K
+
大量外排，其速率达到
157.02pico
mole • cm
-2
• s
-1
。从
Na
+
的流速来看，
OS
植
株根系排出的
Na
+
较多，达到
43.02 pico
mole • cm
-2
•s
-1
，与野生型植株的
14.04 pico
mole • cm
-2
• s
-1
有显著差异。同样，在
OS
（
10.21 pico mole•cm
-2
•s
-1
）和
WT
（
0.09
pico mole • cm
-2
• s
-1
）之间，
H
+
的外排速率
也有显著差异。上述结果说明在低温胁迫下，
OS
植物吸收了
Ca
2+
、
K
+
和
H
+
，同时观察到
Na
+
的外排，维持了细胞膜功能的稳定性，
增强了植物的抗寒性。
七、其它实验结果
●
在低温和常温下，与
WT
相比，
OS
中的
Si
含量显着增加。常温下
OS
和
WT
的
Pro
含量无显著差异。与常温相比，低温下
OS
和
WT
中
Pro
含量显著升高，
OS
中
Pro
含
量显著高于
WT
。此外，低温胁迫下
OS
植
株
Pro
和
Si
含量增加，保护细胞膜系统免
受破坏，增强植株抗寒能力。
●
研究发现在低温胁迫下，与
WT
相比，
OS
中
Ca
2+
沉积更多，表明
Ca
2+
参与了低温响应，
而在常温下则没有差异。本研究的离子吸
收结果也表明，
OS
植物在低温胁迫下可以
吸收大量
Ca
2+
。根系钙沉积实验证实，低温
下
OS
根系钙含量显著高于
WT
。此外，在
低温条件下，
OS
表现出比
WT
更高的
H
+
-
ATPase
活性，这增加了
OS
中离子吸收和外
排的能量水平。
●
高通量测序的结果表明，与光合作用、能
量代谢、固氮和防御相关的微生物数量在低
温下显著上调，而与致病性相关的微生物的
数量显著下调。
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图
2
.
WT
和
OS
中
Ca
2+
（
A
）、
H
+
（
B
）、
K
+
（
C
）和
Na
+
（
D
）的平均流速。
NT
：常温。
LT
：低温。正值代表外排，
负值代表吸收。
图
1
.
WT
和
OS
中
Ca
2+
（
A
）、
H
+
（
B
）、
K
+
（
C
）和
Na
+
（
D
）的流速。
NT
：常温。
LT
：低温。正值代表外排，
负值代表吸收。
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八、结论
本结果表明，
Lsi1
基因在对低温耐受的
反应中起着关键作用。
NMT
结果表明，
OS
吸收了大量的
Ca
2+
和
H
+
以及少量的
K
+
。然
而，
Na
+
大量外排以维持细胞渗透压的平衡。
使用钙沉积法定位
OS
根中的钙含量，发现
其显著高于
WT
，这证实了根离子吸收
Ca
2+
的结果。此外，
OS
根膜上的
H
+
-
ATPase
活
性显著高于
WT
，这表明植株具有更强的能
量代谢，有助于抵抗外界的低温环境。此外，
高通量测序结果表明，与光合作用、能量代
谢、固氮和防御相关的微生物数量在低温下
显著上调，而与致病性相关的微生物的数量
显著下调。此外，过表达的植物在低温条件
下能够及时应对胁迫，植物本身也能通过一
系列反应耐受不利条件。总之，
Lsi1
基因过
表达增强了水稻的耐寒性，并对其潜在机制
进行了综合分析，可为其在水稻植株抗逆性
中的作用提供进一步的证据。
（责任编辑：李雪霏）
九、测试液
0.1mM CaCl2, 0.1mM KCl, 0.1mM NaCl,
0.3mM MES, pH 6.0
关键词：低温；水稻；渗透调节；互作；根
际微生物；
Ca
2+
；能量代谢；植物类
文献信息：
Xie, Y., et al. Overexpression
of the rice gene Lsi1 (low silicon gene 1)
enhances plant-microbe interactions that
result in improved chilling tolerance. Plant
Growth Regul 98, 525–538 (2022). https://doi.
org/10.1007/s10725-022-00890-1
