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如何利用Plantarray高通量植物生理表型平台提高植物抗逆性和产量

发布时间:2022-05-12 点击量:105

异水植物被认为比等水植物更耐旱。然而,决定植物水势在白天是否保持不变的分子机制尚不清楚,而与蒸发需求量无关(等水植物与异水植物)。假设水通道蛋白参与了决定植物等水阈值的分子机制。利用计算挖掘出一个关键的液泡膜水通道蛋白,液泡膜固有蛋白2;2(SlTIP2;2)在番茄(Solanum lycopersicum)水通道蛋白多功能基因大家族中,基于其对非生物胁迫的诱导而被选择。SlTIP2型;2株转化植株(TOM-SlTIP2;2) 在细胞水平和全株水平上与对照进行了比较。SlTIP2的组成性表达;2提高了细胞的渗透水的渗透性和植株的蒸腾速率。在干旱条件下,这些植物比对照植物的蒸腾量大,持续时间更长,达到了较低的相对含水量,这是异水植物的特征。在连续3年的商业温室试验中,TOM-SlTIP2;2在正常和水分胁迫条件下,果实产量、收获指数和植株质量均显著高于对照。综上所述,控制液泡膜透水性的调控机制可能在确定整个植物的水分阈值,从而决定其非生物胁迫耐受性方面发挥作用。

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图1. 番茄液泡膜内在蛋白2的经济果实总产量、植株生物量和收获指数;2(SlTIP2;2) -转化(TOM-SlTIP2;2)(黑框)与对照(白框)在200mMNaCl灌溉制度下或在两种不同水分胁迫条件下在商业温室中生长的植物

在盐胁迫田间试验中,转基因和对照番茄植株连续灌溉含有180-200 mM NaCl的水。TOM-SlTIP2;2植株在两次田间试验中的平均活力均高于对照植株,表现为较大的植株,叶片和较轻的茎坏死症状(图1j),并且比对照植株积累了更高的果实产量(图1a)。水分胁迫下,TOM-SlTIP2;2植物的生物量显著高于对照植物(26%)(图1),这也与相对轻度(WLI-1)和更严重(WLI-2)缺水胁迫下的果实产量的显著(高达21%)增加有关。此外,TOMS1TIP2;2植株的收获指数显著高于(20%)轻度水分胁迫下的对照(WLI-1),与更严重干旱胁迫下的对照植株(WLI-2)的收获指数相似;图 1f)。

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图2. 番茄液泡膜内源蛋白2的相对蒸腾速率;2(SlTIP2;2) -转化(TOM-SlTIP2;2)(黑框)与对照(白框)在商业温室盆栽中生长的植物

为了进一步阐明这种调节功能对整株植物水分平衡的影响,试验测量了在有利的生长条件以及盐、水分胁迫下的整株蒸腾速率。在施用 100 mM NaCl后的第1天和第3天,在正常生长条件下,TOM-SlTIP2;2-转基因植物的蒸腾速率和相对蒸腾作用显著高于对照植物(图2a、b)(图2c、d),以及从该盐胁迫恢复的第一天(图2e)。一旦消除盐分胁迫,植物就会恢复到胁迫前的蒸腾水平(图2e)。尽管水分胁迫显著降低了所有植物的蒸腾水平,但TOM-SlTIP2的相对蒸腾水平在叶片膨大损失点(图2f)之前,两株植物显著高于对照植物,与对照植物相似(图2g),从水分胁迫恢复后与对照植物相似(图2h)。此外,与对照植物相比,TOM-S1TIP2;2植物中有明显更大的气孔孔径,可能解释TOM-S1TIP2;2植株更高的蒸腾作用。与遭受干旱胁迫的对照植物相比,这种较高且持续时间较长的失水导致TOM-SlTIP2的相对含水量较低。

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