江苏师范大学甘薯团队发现磷脂酰丝氨酸合成酶IbPSS1正向调控甘薯根细胞Na+平衡和耐盐性
发布人: 宋凤琴 发布时间: 2020-08-04 访问次数: 11

阴离子脂质 (磷脂酰肌醇PI、磷脂酸PAGIPC鞘脂等)在植物发育和逆境胁迫响应中起到至关重要的信号调控作用(Li et al, 2019 Nature Plants; Jiang et al, 2019 Nature)。磷脂酰丝氨酸(PS)是主要位于动植物细胞质膜内小叶上的一种阴离子脂质。最近研究发现,磷脂酰丝氨酸合成酶(PSS)调控的PS合成能够通过调节生长素-Rho GTPase信号转导途径影响植物根系生长发育(Platre et al, 2019 Science)。然而,PSS调控的PS合成是否参与植物逆境胁迫响应尚属未知。

近日,江苏师范大学甘薯研究团队在Horticulture Research杂志上在线发表了题目为“Overexpression of phosphatidylserine synthase IbPSS1 affords cellular Na+ homeostasis and salt tolerance by activating plasma membrane Na+/H+ antiport activity in sweet potato roots”的研究论文。该研究克隆了甘薯磷脂酰丝氨酸合成酶基因IbPSS1, 并利用两种不同基因转化方式证明:IbPSS1过表达能够提高甘薯根细胞质膜Ca2+通道对NaClH2O2的敏感性,促进甘薯根细胞质膜Na+/H+逆向转运活性,降低根细胞Na+积累,并在整株水平提高甘薯耐盐性。

该研究首先利用PS感受器C2LACT-GFP和烟草叶片瞬时表达系统证明了IbPSS1过表达能够促进PS合成。其次,结合发根农杆菌(A. rhizogenes)介导的在体(in vivo)根系转基因技术(Meng et al, 2019 Plant Biotech J)、非损伤微测技术(NMT, Sun et al, 2009 Plant Physiol)Na+荧光成像技术(Liu et al, 2019 J Exp Bot), 形成了一套甘薯Na+平衡调控基因快速研究技术体系(可在35-40天内验证基因功能)。研究进一步发现,IbPSS1过表达显著提高了甘薯根细胞质膜Ca2+通道对NaClH2O2的敏感性,促进了根细胞质膜Na+/H+逆向转运活性,大幅度降低了根细胞Na+的积累。最后,通过根癌农杆菌(A. tumefaciens)介导的胚性愈伤细胞转化法获得了数个IbPSS1过表达甘薯株系,证明IbPSS1过表达甘薯的整株水平耐盐性显著高于野生型。与野生型相比,IbPSS1过表达甘薯株系的根细胞质膜Ca2+通道对NaClH2O2的敏感性显著上升,根细胞质膜Na+/H+逆向转运活性显著提高,根细胞Na+的积累也显著降低。

 Fig. 2 Overexpression of IbPSS1 using the root transgenic system decreases Na+ accumulation in salinized sweet potato (Xu 29) roots.


Fig. 3 Overexpression of IbPSS1 in sweet potato roots enhances NaCl-induced Na+/H+ antiport activity.

以上研究结果为甘薯耐盐性遗传改良提供了重要的基因信息,同时表明PS参与了盐和活性氧胁迫下的钙信号转导调控网络,丰富了人们对植物PS生理作用的认识。此外,该研究在甘薯中建立了一套快速、简单、可靠的根系转基因技术体系,对加速甘薯功能基因组学研究具有一定的积极意义。

该研究为江苏师范大学、江苏省农科院粮食作物研究所和徐州市农科院合作完成,江苏师范大学生科院博士生余益成、硕士生宣颖以及张磊博士,江苏省农科院粮作所边小峰副研究员为论文的共同第一作者,江苏师范大学孙健副教授和李宗芸教授为共同通讯作者。徐州市农科院马代夫研究员、李强研究员、曹清河研究员、唐忠厚副研究员和后猛副研究员也为本研究做出了重要贡献。本项研究得到了江苏省优势学科、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系和国家重点研发计划的资助。


参考文献

Li, W. et al. Tissue-specific accumulation of pH-sensing phosphatidic acid determines plant stress tolerance. Nat. Plants 5, 1012   –1021 (2019)

Platre, M.P. et al. Developmental control of plant Rho GTPase nanoorganization by the lipid phosphatidylserine. Science 364, 57–62 (2019)

Meng, D. et al. Development of an efficient root transgenic system for pigeon pea and its application to other important economically plants. Plant Biotechnol. J. 17, 1804–1813 (2019).

Sun, J. et al. NaCl-induced alternations of cellular and tissue ion fluxes in roots of salt-resistant and salt sensitive poplar species. Plant Physiol. 149, 1141–1153 (2009).

Liu, Y. et al. Root-zone-specific sensitivity of K+- and Ca2+-permeable channels to H2O2 determines ion homeostasis in salinized diploid and hexaploidy Ipomoea trifida.  J. Exp. Bot. 70, 1389–1405 (2019)






江苏师范大学 | 校园信息门户(限校内)
中华人民共和国教育部 | 中华人民共和国科技部 | 国家自然科学基金委员会 | 江苏省科学技术厅
 地址:江苏省徐州市铜山区上海路101号 邮编:221116 邮箱:bio@jsnu.edu.cn 电话:0516-83403170
 『江苏师范大学生命科学学院』整站版权所有©2013 COPYRIGHT SOLS, JSNU. ALL RIGHTS RESERVED, 2013.