网站首页技术中心 > 利用Plantarray植物生理表型平台研究己糖激酶在植物中的作用
产品中心

Product center

利用Plantarray植物生理表型平台研究己糖激酶在植物中的作用

发布时间:2022-05-17 点击量:140

image.png

己糖激酶(HXK)是一种参与糖感应的糖磷酸化酶。最近的研究表明一年生番茄和拟南芥保卫细胞中HXK介导气孔关闭并协调光合作用和蒸腾作用。为了研究HXK在控制多年生植物气孔运动中的作用,我们在KST1(一种保卫细胞特异性启动子)下培育了表达拟南芥HXK1(AtHXK1)的柑橘类植物。利用GFP作为报告基因,已经证实KST1在柑橘植物保卫细胞中的表达。AtHXK1在柑橘保卫细胞中的表达降低了气孔导度和蒸腾作用,对光合作用速率没有负面影响,从而提高了水分利用效率。本文研究了光照强度和湿度对柑橘根系叶片气孔行为的影响。光合有效辐射的最佳强度和较低的湿度促进了表达AtHXK1的叶片的气孔关闭,支持糖在柑橘气孔调节中的作用。这些结果表明,HXK不仅在一年生植物中协调光合作用和蒸腾作用,而且在多年生植物中促进气孔关闭。

image.png

图1.AtHXK1在柑橘保卫细胞中的表达降低了气孔导度和蒸腾作用,对光合作用速率没有负面影响

GCHXK和WT植株通过将转基因或WT茎段嫁接到WT接穗上进行繁殖,并使用LI-COR 6400气体交换系统对嫁接植株进行分析。虽然净光合作用(AN)不受影响(图1C),但GCHXK植物的气孔导度(gs)和蒸腾作用降低(图1A、B),导致内在水分利用效率增加(WUEi;图D),计算为AN/gs的比率。在WT和GCHXK叶片之间未观察到气孔密度或叶面积比的差异,表明较低的气孔导度和蒸腾作用不能归因于叶片形态的变化。随着WUEi的增加,我们希望检查GCHXK植物的生长情况。GCHXK植物的生长似乎在几个月内略有增强(图2A)。为了避免破坏性的测量,我们测量了嫁接点上方的茎的周长(作为生长参数)。嫁接15个月后,GCHXK植株的茎明显变宽(图2B),表明GCHXK植株的生长增强。

image.pngimage.png

图2.在柑橘类植物保卫细胞中表达AtHXK1可促进植物生长    图3.保卫细胞AtHXK1表达降低蒸腾速率

使用精确、灵敏的蒸渗仪系统对完整嫁接的GCHXK和WT植物进一步检查AtHXK1对蒸腾速率的影响。对一天中蒸腾速率的连续测量表明,GCHXK植物的单位叶面积蒸腾速率显著降低(图3A),而累积的全株单位叶面积日相对蒸腾速率(RDT)也相应降低(图3B)。GCHXK的蒸腾速率在一天中(上午9:00和下午3:00)显著降低(图3A),此时蒸腾量增加和更多的蔗糖被输送到保卫细胞。这些结果表明,HXK在一天中调节柑橘气孔孔径,刺激气孔关闭,可能是对糖水平的反应。

image.png 

图4. WT和GCHXK叶片在不同光强下的蒸腾速率

HXK的气孔关闭效应被认为取决于通过光合作用产生的糖量。因此,气孔关闭和蒸腾作用可能会受到光照强度的影响。本文使用有根-叶系统来跟踪各种光强度下的蒸腾速率,并假设在最佳光强度水平下,GCHXK叶子的蒸腾速率可能低于WT叶子。 GCHXK和WT叶片的蒸腾速率通过全天连续称重在不同光强度(100、400、600 和 800 μmol/m2 .s)下进行测量。在一天中,每个光强度下的蒸腾速率保持相当一致(图4A-D),这可能是由于生长室内的恒定条件。在低光照强度(100 μmol/m2·s)下,GCHXK 生根叶的蒸腾速率略高于WT 生根叶,在800 μmol/m2·s强度时与WT相似。而在400 μmol/m2·s时,GCHXK生根叶片的蒸腾速率很小但显着低于WT叶片,在 600 μmol/m2·s 时,有根GCHXK的蒸腾速率是WT的一半(图4C),表明气孔孔径显着减少。每个光强度下的恒定蒸腾率使我们能够绘制平均蒸腾率与光强度(图4E)。 WT叶片的蒸腾速率受光照强度的影响显著,在低光照条件下非常低,峰值为600μmol/m2·s,而GCHXK叶片在不同光照强度下的蒸腾速率相对恒定,蒸腾速率为600 μmol/m2·s。这些结果表明,HXK 缓和了气孔对光强度的反应,甚至可能在低光强度下增加气孔开度。

QQ在线客服
电话咨询
  • 010-82794912