网站首页技术中心 > Plantarray高通量植物生理表型平台:番茄如何避免缺水的损害
产品中心

Product center

Plantarray高通量植物生理表型平台:番茄如何避免缺水的损害

发布时间:2022-05-11 点击量:254

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。

植物采用气孔关闭和减少生长以避免缺水的损害。生长促进激素赤霉素(GA)的水平降低导致对水分亏缺的耐受性增加,但其基本机制尚不清楚。研究表明,番茄DELLA蛋白质PROCERA(PRO),是GA信号传导的负调节因子,在保卫细胞中通过增加对脱落酸(ABA)的敏感性来促进气孔关闭并减少水分亏缺。pro功能丧失的突变体在缺水胁迫下表现出增加的气孔导度和快速萎蔫。过表达植株组成型的激活稳定的DELLA蛋白(S-della),并表现出相反的表型。S-della对气孔开度和水分流失的影响在ABA缺失突变体sitiens(sit)中被强烈抑制,表明S-della的这些作用是ABA依赖性的。尽管DELLA对ABA水平没有影响,但与野生型相比,S-della中的保卫细胞ABA反应性增加,而pro植物中的保卫细胞ABA反应性降低。在保卫细胞特异性启动子的控制下表达S-della足以增加气孔对ABA的敏感性并在缺水胁迫下减少水分损失,但对叶片大小没有影响。这一结果表明DELLA促进气孔关闭独立于其对生长的影响。

关键词:气孔调节;DELLA蛋白;保卫细胞;ABA

image.png

1. 番茄DELLA pro功能丧失的突变体在缺水条件下表现出快速失水

为了研究DELLA对植物水分状况的影响,本文测试了DELLA功能丧失的番茄突变体pro(Bassel etal.2008)对缺水胁迫的反应。在缺水处理开始之前,将所有植物灌溉至饱和。4d后,未灌溉的pro植株开始萎蔫,而对照植株生长正常(图1A)。干旱处理开始后第4天,pro的叶片相对含水量(RWC)降低了30%;而M82降低了10%(图 1B)。上午10点在pro植株中测得的气孔导度比M82的值高50%(图 1C)。使用称重传感器(蒸渗仪)监测温室中灌溉植株的全株蒸腾作用,同时记录每株植物的每日称重变化情况。Pro植株的每日蒸腾速率显著高于M82植株的测量值(图1D)。对取自灌溉中的pro和M82植株背面叶表皮的印记进行显微镜分析显示,pro(72 μm2) 植株的气孔面积远大于M82植株(37μm2;图1E)。 pro气孔略大于M82,二者密度相近(补充图1)。这些结果表明,在pro中观察到的快速失水是由于气孔孔隙面积增加,进而导致气孔导度和蒸腾作用增加。

image.png

图2. DELLA 活性促进保卫细胞对 ABA 的反应

在灌溉与缺水条件下M82、pro和proΔ17叶片中的ABA含量没有显着差异(图 5A),表明DELLA不会促进番茄叶片中ABA的积累。用不同浓度的ABA处理M82、pro和rgaΔ17叶片的去皮远轴表皮条,发现三种植株的气孔孔径均有不同程度的减小,这些结果表明DELLA活性影响保卫细胞对ABA的反应。除了对气孔关闭的影响外,ABA 还促进基因表达,P5CS1和RAB18两种基因在proΔ17保卫细胞中的表达显著高于M82(图 5D 和 5E),表明S-della组成性地促进保卫细胞中的 ABA反应。在H2O2积累的检测中,proΔ17保卫细胞对ABA的反应明显强于M82。在所有的M82、pro 和 proΔ17检查品系中山梨糖醇造成的气孔关闭程度相近(图5F),结果表明DELLA活性不参与ABA独立的气孔关闭。

Plantarray高通量植物生理表型平台和植物逆境生物学生理研究平台--番茄研究2

Plantarray高通量植物生理表型平台和植物逆境生物学生理研究平台--番茄研究3

Plantarray高通量植物生理表型平台和植物逆境生物学生理研究平台--番茄研究4

Plantarray高通量植物生理表型平台和植物逆境生物学生理研究平台--番茄研究5

Plantarray高通量植物生理表型平台和植物逆境生物学生理研究平台-西红柿研究6

QQ在线客服
电话咨询
  • 010-82794912