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基本信息

主題：無(wú)損"電生理"Ca²⁺流作為膜通道功能核心驗(yàn)證手段 為揭示CNGC9通道調(diào)控水稻低溫響應(yīng)機(jī)制提供證據(jù)

期刊：Molecular Plant

影響因子：12.084

研究使用平臺(tái)：NMT溫度脅迫創(chuàng)新科研平臺(tái)

標(biāo)題：Transcriptional Activation and Phosphorylation of OsCNGC9 Confer Enhanced Chilling Tolerance in Rice

作者：萬(wàn)建民（中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）、王家昌（中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）、任玉龍（中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所），劉喜（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）

檢測(cè)離子/分子指標(biāo)

Ca²⁺

檢測(cè)樣品

水稻根，距根尖500 μm根表上的點(diǎn)

離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理

研究利用非損傷微測(cè)技術(shù)（NMT）檢測(cè)水稻根系Ca²⁺流速，研究OsCNGC9是否能夠在體內(nèi)介導(dǎo)Ca²⁺內(nèi)流來(lái)響應(yīng)低溫脅迫。在低溫脅迫下，WT根系和cds1互補(bǔ)株系均有較強(qiáng)且快速的胞外Ca²⁺內(nèi)流。相比之下，cds1在相同條件下未表現(xiàn)出明顯的胞外Ca²⁺內(nèi)流（圖1A）。另外研究還觀察到，WT或pGOsCNGC9與cds1之間低溫脅迫的平均最大Ca²⁺內(nèi)流量差異顯著（圖1B）。

與Kitaake相比，OsCNGC9-OE轉(zhuǎn)基因株系在對(duì)冷激的響應(yīng)中表現(xiàn)出更強(qiáng)的細(xì)胞外Ca²⁺內(nèi)流（圖2）。

圖1. OsCNGC9是低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流所必需的。藍(lán)色背景表示低溫處理持續(xù)的時(shí)間。負(fù)值代表Ca²⁺內(nèi)流。

圖2. OsCNGC9的過(guò)表達(dá)能提高水稻中低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流。負(fù)值代表Ca²⁺內(nèi)流。

      Ca²⁺流速測(cè)定結(jié)果顯示，低溫處理后，Nipponbare而非OsSAPK8敲除突變體的根細(xì)胞表現(xiàn)出更明顯的Ca²⁺內(nèi)流（圖3）。

      OsSAPK8-GFP過(guò)表達(dá)植物的根細(xì)胞與Nipponbare根細(xì)胞相比，在冷激脅迫下表現(xiàn)出更強(qiáng)的Ca²⁺內(nèi)流（圖4）。

圖3. OsSAPK8基因敲除突變體由低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流的狀態(tài)。負(fù)值代表Ca²⁺內(nèi)流。

圖4. OsSAPK8過(guò)表達(dá)對(duì)低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流有正調(diào)控作用。負(fù)值代表Ca²⁺內(nèi)流。

       與Kitaake相比，OsDREB1A-KO植物在應(yīng)對(duì)冷脅迫時(shí)胞外Ca²⁺流速較弱（圖5）。

圖5. 比較Kitaake和OsDREB1A-KO在低溫脅迫下根中Ca²⁺的內(nèi)流速率。負(fù)值代表Ca²⁺內(nèi)流。

其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果

• OsCNGC9是一個(gè)積極的低溫耐受性調(diào)節(jié)器。

• OsCNGC9與OsSAPK8在體內(nèi)發(fā)生物理相互作用。

• OsCNGC9是OsSAPK8真正的底物。

• OsSAPK8對(duì)OsCNGC9的磷酸化增強(qiáng)了OsCNGC9通道對(duì)低溫脅迫的反應(yīng)活性。

• OsCNGC9的Ser-645是OsSAPK8對(duì)水稻耐寒性反應(yīng)的一個(gè)主要磷酸化位點(diǎn)。

• OsSAPK8對(duì)OsCNGC9的Ser-645的磷酸化對(duì)增強(qiáng)水稻的耐寒性起著積極作用。

• Ser-645的磷酸化狀態(tài)正向調(diào)節(jié)OsCNGC9的鈣通道活性。

• OsSAPK8參與了水稻耐寒性和低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流的調(diào)控。

• OsSAPK8介導(dǎo)的OsCNGC9的磷酸化在水稻耐寒性中起重要作用。

• 低溫刺激通過(guò)OsDREB1A依賴性途徑促進(jìn)OsCNGC9的表達(dá)。

低溫脅迫后，環(huán)核苷酸門控通道OsCNGC9被SnRK2蛋白激酶OsSAPK8磷酸化并激活，引發(fā)細(xì)胞鈣水平升高，進(jìn)而激活水稻低溫脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，增強(qiáng)水稻耐寒能力。

測(cè)試液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, pH 6.0