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利用Plantarray高通量植物生理表型平台研究转基因番茄

发布时间:2022-05-11 点击量:90

Plantarray是一款基于称重的高通量、多传感器生理表型平台以及植物逆境生物学研究通用平台。该系统可持续、实时测量位于不同环境条件下、阵列中每个植株的土壤-植物-空气(SPAC)中的即时水流动。直接测量根系和茎叶系统水平衡和生物量增加,计算植物生理参数以及植物对动态环境的反馈。系统以有效、易用、无损的方式针对植物对不同处理的反应、预测植物生长和生产力进行定量比较,广泛应用于生物胁迫和非生物胁迫以及植物栽培加速育种研究等,胁迫研究涵盖干旱胁迫、盐胁迫、重金属胁迫、热、冷胁迫、光胁迫以及灌溉/养分、CO2指示、植物健康等领域的研究。

之前的研究表明降低赤霉素 (GA) 的水平或信号能够促进植物对环境胁迫(包括干旱)的耐受性,但潜在机制尚未明确。在本文中研究了活性 GAs 水平降低对番茄 (Solanum lycopersicum) 植株耐旱性的影响以及造成这些影响的机制。为了降低活性 GAs 水平,我们培育了过度表达拟南芥GA甲基转移酶1(AtGAMT1)基因的转基因番茄。 AtGAMT1 编码的一种酶,可催化活性 GA 的甲基化以生成无活性的 GA 甲酯。过度表达 AtGAMT1 的番茄植株表现出典型的 GA 缺乏表型特征以及对干旱胁迫的耐受性增加。 GA应用于转基因植物恢复了正常生长和对干旱的敏感性。在干旱条件下,转基因植株由于全株蒸腾作用的减少而保持了较高的叶片水分状态,气孔导度的降低造成了蒸腾作用的降低。 GAMT1的过度表达抑制了叶表皮细胞的增殖,导致气孔减少而形成更小的气孔毛孔。在干旱条件下,GA活性降低、蒸腾作用减少的植物可能较少遭受叶片干旱,从而保持较高的能力和恢复率。

关键词:干旱胁迫;GAMT1;番茄;蒸腾

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图1. 在灌溉和干旱胁迫下,AtGAMT1过度表达降低了整个植株的蒸腾作用

图1表明与对照植物相比,蒸腾作用降低的转基因植株可以更缓慢地利用土壤中的水分,因此持续的时间更长。通过实验确定蒸腾作用的降低以及土壤中水分利用率的增加是 GAMT1 过表达植株对干旱耐受性增加的原因。

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图2. AtGAMT1过度表达减少了叶片大小,增加了气孔密度

叶面积减少(图2)可能是转基因植物整株蒸腾量降低的主要原因。尽管 AtGAMT1 的过表达对叶片数量没有影响,但它减缓了小叶叶片的生长,所有转基因品系的整株叶面积都小于对照植物的叶面积(图2)。用显微镜分析了叶背面的表皮组织,该分析显示所有转基因品系中的气孔密度高于对照叶片中的气孔密度。转基因株系的气孔面积与其表型严重程度和全株蒸腾速率密切相关。以上结果表明转基因植株中蒸腾速率的降低是由于气孔导度的降低造成的。 

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