PCE西农张显团队:NMT发现褪黑素抑制ABA引发的叶肉排K+ 为褪黑素通过抑制细胞程序性死亡延缓甜瓜叶片衰老提供证据
2023-05-06 05:55:28来源:中关村NMT联盟

基本信息

主题:PCE西农张显团队:NMT发现褪黑素抑制ABA引发的叶肉排K+ 为褪黑素通过抑制细胞程序性死亡延缓甜瓜叶片衰老提供证据

期刊:Plant, Cell and Environment


(资料图片仅供参考)

影响因子:7.947

研究使用平台:NMT植物营养创新平台

标题:Melatonin delays ABA‐induced leaf senescence via H2O2‐dependent calcium signalling

作者:西北农林科技大学李好,郭延亮 ,张显

获奖情况:该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”二等奖

检测离子/分子指标

K+

检测样品

甜瓜叶片叶肉细胞

中文摘要

叶片早衰限制作物生长而降低作物产量和品质。褪黑素已被证明可以延缓叶片衰老;然而,其潜在的机制仍然不清楚。我们发现褪黑素可以抵消脱落酸(ABA)的作用,保护了光系统II,延缓在光照下附着的成熟叶片的衰老。褪黑素诱导了甜瓜respiratory burst oxidase homolog DCmRBOHD)的表达,促进H2O2积累。褪黑素和H2O2都诱导了细胞质中自由Ca2+([Ca2+]cyt)的积累,而Ca2+通道抑制剂抵消了褪黑素和H2O2延缓ABA诱导叶片衰老的作用。在拟南芥中过表达甜瓜CmRBOHD会诱导[Ca2+]cyt积累并延缓叶片衰老,而缺失CmRBOHD的同源基因AtRBOHD则会抑制褪黑素诱导的[Ca2+]cyt积累并延缓ABA诱导的拟南芥叶片衰老。此外,褪黑素、H2O2和Ca2+减弱了ABA诱导的K+外排和细胞死亡。CmRBOHD异源过表达和AtRBOHD基因缺失分别抑制和促进ABA诱导的K+外排。综上所述,我们的研究揭示了一种新褪黑素延缓衰老的机制,褪黑素诱导RBOHD的表达和H2O2的产生,促进[Ca2+]cyt积累,抑制K+外流和细胞程序性死亡,进而延缓ABA诱导的叶片衰老。

离子/分子流实验处理方法

甜瓜幼苗和拟南芥用100 μM褪黑素、1 mM H2O2和20 mM CaCl2预处理甜瓜幼苗12 h,检测K+离子时,先在测试液中检测5分钟作为对照,然后替换含有1 mM ABA的测试液中进一步记录K+流速10分钟

离子/分子流实验结果

1 mM ABA刺激显著诱导了甜瓜叶片叶肉细胞内K+外排,褪黑素、H2O2和CaCl2处理减弱了ABA诱导的K+外排。在ABA刺激下,褪黑素、H2O2和CaCl2预处理的叶肉细胞最大K+外排流速分别比对照低63.2%、81.1%和78.0%(图A)。另外,1 mM ABA刺激还显著诱导拟南芥叶片叶肉细胞内K+外排,AtRBOHD突变体明显促进ABA诱导的K+外排,而CmRBOHD在拟南芥中过表达减弱了ABA诱导的K+外排。在ABA刺激下,atrbohd突变体的最大K+流出量增加了2.3倍,而CmRBOHD过表达系#1、#2和#3的最大K+外排流速分别比野生型拟南芥低255.1%、63.0%和23.4%(图B)。

图1.褪黑素、H2O2或Ca2+对ABA处理下细胞K+流速的影响

其他实验结果

• 褪黑素通过拮抗ABA,增加光合能力,延缓附着的成熟叶叶片的衰老。

• Ca2+信号在褪黑素拮抗ABA延缓叶片衰老中起着关键作用。

RBOHD介导的H2O2信号是褪黑素诱导的[Ca2+]cyt积累和拮抗ABA所必需的。

结论

褪黑素诱导CmRBOHD的表达和H2O2的积累,H2O2的增加诱导了[Ca2+]cyt积累,进一步抑制了K+的外排和细胞程序性死亡,从而延缓ABA诱导的附着成熟叶片的衰老,该项研究首次表明RBOHD‐依赖的H2O2信号和[Ca2+]cyt信号通路参与了褪黑素拮抗ABA的作用以延缓叶片衰老。

测试液

0.2 mM CaCl2, 0.5 mM KCl, pH 5.8

NMT仪器信息

文章原文:https://doi.org/10.1111/pce.14482

供稿:郭延亮

编辑:叶斌,刘兆义

关键词:K+CmRBOHD;ABA;H2O2;甜瓜;叶肉细胞;植物类

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