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MP万建民院士:无损“电生理”钙流为揭示OsCNGC9通道调控水稻低温响应机制提供直接证据

作者:旭月(北京)科技有限公司 2020-12-08T11:53 (访问量:2779)


感谢一作王家昌博士提供全文资料、校稿



基本信息


主题:无损电生理钙流为揭示OsCNGC9通道调控水稻低温响应机制提供直接证据

期刊:Molecular Plant

影响因子:12.084

研究使用平台:NMT温度胁迫创新科研平台

标题:TranscriptionalActivation and Phosphorylation of OsCNGC9 Confer Enhanced Chilling Tolerance inRice

作者:中国农业科学院作物科学研究所万建民、任玉龙,南京农业大学刘喜、王家昌


检测离子/分子指标

Ca2+


检测样品

水稻根,距根尖500 μm根表上的点



中文摘要


低温是限制植物生长和产量的主要环境因素。尽管细胞质中钙的瞬时升高早已被认为是植物耐寒的一个关键信号,但负责这一过程的钙通道在很大程度上仍不清楚。本研究报道了OsCNGC9,一个环状核苷酸门控通道,通过介导水稻(Oryza sativa)细胞质的钙升高,正向调控其耐寒性。研究结果表明,OsCNGC9功能缺失突变体在低温诱导钙内流方面存在缺陷,使其对长时间的低温处理更加敏感,而OsCNGC9过表达增强了植物的耐寒性。另外,拟南芥OST1同源物OsSAPK8在应对低温胁迫时,磷酸化并激活OsCNGC9,引发Ca2+内流。此外,OsCNGC9的转录被水稻脱水应答元件结合转录因子OsDREB1A激活。综上,本研究认为OsCNGC9通过调控低温诱导的钙内流和胞质钙升高来增强水稻的耐寒性。



离子/分子流实验处理方法


4℃低温实时处理



离子/分子流实验结果


研究利用非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test TechnologyNMT检测水稻根系Ca2+流速,研究OsCNGC9是否能够在体内介导Ca2+内流来响应低温胁迫。在低温胁迫下,WT根系和cds1互补株系均有较强且快速的胞外Ca2+内流。相比之下,cds1在相同条件下未表现出明显的胞外Ca2+内流(图1A)。另外研究还观察到,WTpGOsCNGC9cds1之间低温胁迫的平均最大Ca2+内流量差异显著(图1B)。

Kitaake相比,OsCNGC9-OE转基因株系在对冷激的反应中表现出更强的细胞外Ca2+内流(图2)。


1. OsCNGC9是低温诱导的Ca2+内流所必需的。蓝色背景表示低温处理持续的时间。



2. OsCNGC9的过表达能提高水稻中低温诱导的Ca2+内流

 

Ca2+流速测定结果显示,低温处理后,Nipponbare而非OsSAPK8敲除突变体的根细胞表现出更明显的Ca2+内流(图3)。

OsSAPK8-GFP过表达植物的根细胞与Nipponbare根细胞相比,在冷激胁迫下表现出更强的Ca2+内流(图4)。


3. OsSAPK8基因敲除突变体由低温诱导的Ca2+内流的状态



4. OsSAPK8过表达对低温诱导的Ca2+内流有正调控作用

 

Kitaake相比,OsDREB1A-KO植物在应对冷胁迫时胞外Ca2+流速较弱(图5)。


5. 比较KitaakeOsDREB1A-KO在低温胁迫下根中Ca2+的内流速率



其他实验结果


  • OsCNGC9是一个积极的低温耐受性调节器。

  • OsCNGC9OsSAPK8在体内发生物理相互作用。

  • OsCNGC9OsSAPK8真正的底物。

  • OsSAPK8OsCNGC9的磷酸化增强了OsCNGC9通道对低温胁迫的反应活性。

  • OsCNGC9Ser-645OsSAPK8对水稻耐寒性反应的一个主要磷酸化位点。

  • OsSAPK8OsCNGC9Ser-645的磷酸化对增强水稻的耐寒性起着积极作用。

  • Ser-645的磷酸化状态正向调节OsCNGC9的钙通道活性。

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