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  • 文献电子报: 西北研究院:NMT发现FAD3通过亚麻酸调节Ca2+信号增强烟草对多重胁迫的耐受性
    内容: 基本信息 主题:NMT发现FAD3通过亚麻酸调节Ca2+信号增强烟草对多重胁迫的耐受性 期刊:Journal of Experimental Botany 影响因子:5.354(2018年) 研究使用平台:NMT水旱胁迫创新平台 标题:Integrated regulation triggered by a cryophyte ω-3 desaturase gene confers multiple-stress tolerance in tobacco 作者:中科院西北生态环境资源研究院石玉兰   检测离子/分子指标 Ca2+   检测样品 1周龄WT和转基因烟草根(距根尖300~400 μm根表上的点)   中文摘要(谷歌机翻) ω-3脂肪酸去饱和酶(FADs)被认为主要通过亚麻酸(C18:3)诱导的膜稳定作用促进植物抗逆性,但缺乏对其在胁迫适应中的作用的综合分析。研究从低温植物高山离子芥,(Chorispora bungeana)中分离出微粒体ω-3 FAD基因(CbFAD3),并阐明其在胁迫耐受中的功能。表现出与拟南芥AtFAD3高度同一性的CbFAD3被非生物胁迫上调。其功能通过酵母中的异源表达来验证。烟草中CbFAD3的过量表达在叶和根中组成性地增加了C18:3,这保持了膜的流动性,并增强了植物对冷,干旱和盐胁迫的耐受性。值得注意的是,组成型增加的C18:3诱导质膜Ca2+-ATPase的持续活化,从而改变应激诱导的Ca2+信号传导。与C18:3水平正相关的活性氧(ROS)清除系统也在转基因系中被激活。微阵列分析显示过表达CbFAD3的植物增加了应激反应基因的表达,其中大多数受C18:3,Ca2+或ROS的影响。CbFAD3一起通过C18:3诱导的膜,Ca2+,ROS和应激反应基因的整合调节赋予对烟草中多种胁迫的耐受性。这与先前的观察结果形成对比,之前的观察结果仅仅将胁迫耐受性归因于膜稳定。   离子/分子流实验处理 15% PEG6000和200 mM NaCl实时处理   离子/分子流实验结果 当15%PEG实施胁迫时,烟草根尖Ca2+外排速率瞬时增加,转基因株系的Ca2+外排速率是WT植株的0.9~1.4倍(图1A)。在200 mM NaCl胁迫下,转基因植株也观察到较高的Ca2+外排速率(142.0~156.8%)(图1C),结合[Ca2+]cyt结果说明CbFAD3-过表达植物中PM Ca2+-ATPase的持续激活改变了早期胁迫时诱导的Ca2+信号传递。 图1. CbFAD3转基因和WT烟草在不同处理下Ca2+流速的动态变化。正值代表Ca2+外排,负值代表Ca2+吸收。   测试液 0.05 mM CaCl2, 0.1 ...
  • 文献电子报: ACS Nano江苏师大甘薯团队:NMT为生物质衍生碳点的Ca2+动员特性能提高植物环境胁迫适应性提供关键证据
    内容: 基本信息 主题:NMT为生物质衍生碳点的Ca2+动员特性能提高植物环境胁迫适应性提供关键证据 期刊:ACS Nano 影响因子:15.88 研究使用平台:NMT植物耐盐创新平台 标题:The Calcium-Mobilizing Properties of Salvia miltiorrhiza-derived Carbon Dots Confer Enhanced Environmental Adaptability in Plants 作者:江苏师范大学孙健、李艳娟、潘志远,徐州农业科学研究所唐忠厚,华南农业大学雷炳富,农业农村部环境保护科研监测所王瑞刚   检测离子/分子指标 Ca2+、K+、Na+   检测样品 甘薯根(距根尖1.5mm、2mm、3mm、10mm、30mm) 拟南芥根(距离根尖1mm、2mm)   中文摘要 生物质衍生碳点(CDs)是一种很有前景的农业纳米工具,可以作为活性氧(ROS)的清除剂,缓解植物在恶劣环境下的氧化应激。尽管如此,植物需要ROS爆发来充分激活Ca2+调节的防御信号通路。CDs在没有ROS的情况下提高植物环境适应性的根本机制在很大程度上是未知的。本研究中,以丹参作为碳源合成的CDs在植物根系中引发了非ROS依赖的Ca2+动员。机理研究认为这种功能主要是由于CDs上的羟基和羧基造成的。CDs触发的Ca2+动员依赖于环状核苷酸和环状核苷酸门控离子通道的产生。凝集素受体激酶被证实是这种Ca2+动员所必需的。CDs水培应用促进了盐分和营养缺乏条件下的Ca2+信号传导和植物环境适应性。所有这些发现都表明CDs具有Ca2+动员特性,因此可以作为同时的Ca2+信号放大器和ROS清除剂用于作物改良。   离子/分子流实验处理方法 1.5mg/mL CDs瞬时处理 CDs、SWE处理30分钟 0/1.5mg/mLCDs+ 50/100/150mM NaCl 0/1.5mg/mL CDs+缺K+(低K+胁迫)预处理20-30分钟 0/1.5mg/mLCDs+Fe2+-EDTA(低Fe胁迫)预处理20-30分钟 1mM 四氧嘧啶/20 μM LY83583预处理1小时,1.5mg/mLCDs处理30分钟 CDs+苯甲酸酐(BA)/2-溴-1-苯乙醇(BrPE)/苯肼(PH)处理20分钟 CDs-10%SAB、CDs-30%SAB处理30分钟 CDs/100μM阿米洛利/10mM EGTA/100μM GdCl3+NaCl处理6 h   离子/分子流实验结果 为了探究生物质衍生碳点(CDs)是否会影响Ca2+转运,研究用非损伤微测技术(NMT)检测了甘薯根部Ca2+流速动力学。结果表明,CDs处理30 min后导致甘薯根中Ca2+内流速率逐渐增加。与对照相比,CDs处理(30-60 min)显著提高Ca2+平均内流速率和峰值(图1)。这些结果表明,所制备的CDs具备Ca2+动员能力。 图1. 丹参衍生的CDs对甘薯根部伸长区Ca2+流速动力学的影响。正值代表离子外排,负值代表离子吸收。   然而,碳前体(丹参)的水提取物(60°C,持续6h)并未在甘薯根中诱导任何Ca2+响应(图2),这表明CDs在植物中的Ca2+动员作用与其纳米尺寸特征有关。类似地,在其他植物物种的根中观察到CDs引发的Ca2+内流,包括三种双子叶植物(拟南芥、烟草和饭豆)和三种单子叶植物(水稻、小麦和玉米)(图3)。这些结果表明,所制备的CDs的Ca2+动员功能与植物种类无关。 图2. 丹参粉水提液(SWE)不能诱导甘薯根系Ca2+内流。 图3. CDs在拟南芥、烟草、饭豆、水稻、玉米和小麦的根中引发Ca2+的内流。正值代表离子外排,负值代表离子吸收。 前期研究表明,苯甲酸酐(BA)、2-溴-1-苯乙醇(BrPE)和苯肼(PH)作为高特异性失活剂,在温和的反应条件下,能选择性地灭活CDs表面的C-OH、COOH和C=O。结果表明,在CDs-BA和CDs-BrPE处理的甘薯根部,CDs触发的Ca2+内流被显著阻断;CDS-PH对CDs诱导的Ca2+内流的抑制作用均显著弱于CDs-BA和CDs-BrPE(图4和图5)。 图4. CDs和CD衍生物处理30 ...
  • 文献电子报: Plant Cell Physiol:Ca2+流指示的微藻氮胁迫信号转导研究
    内容: 2014年01月14日,中科院水生所王强、陈辉用NMT在Plant and Cell Physiology上发表了标题为Ca2+ Signal Transduction Related to Neutral Lipid Synthesis in an Oil-Producing Green Alga Chlorella sp. C2的研究成果。   期刊:Plant and Cell Physiology 主题:Ca2+流指示的微藻氮胁迫信号转导研究 标题:Ca2+ Signal Transduction Related to ...
  • 文献电子报: New Phytol:质子流可作为丛枝菌根真菌芽管菌丝发育的标签丨NMT创新平台成果回顾
    内容: 文章标题:A pH signaling mechanism involved in the spatial distribution of calcium and anion fluxes in ectomycorrhizal roots   菌根化是一种典型的宿主植物-真菌共生互作,尽管有大量的解剖学及生理学研究清楚地表明真菌菌根可以增大宿主植物根部吸收面积、合成并向土壤释放有机化合物及菌体外酶以固定营养成分、调控宿主植物根部参与跨膜营养物质转运的蛋白,但其具体机制,目前尚不清楚。   NewPhytologist报道了葡萄牙研究人员Feijó等利用非损伤微测技术研究离子流在菌根生长过程中作用的成果。他们检测了豆马勃属真菌(ECM)侵染后及未经侵染处理的桉树根部H+、Ca2+及阴离子A-(以Cl-代替)的离子流。   同时,他们利用特异性抑制剂矾酸盐、钆及4,4-二异硫氰2,2-二磺酸芪(DIDS)分别抑制质子泵、钙离子通道、氯离子转运通道,并再次分别检测了上述三种离子流。   结果发现,真菌侵染主要作用于根部伸长区,离子运动及根围酸化能力都发生了剧烈变化,而且离子流变化呈现周期性变化。连续波长光谱分析表明,ECM根部H+及A-离子流的变化周期较未经侵染的长,而ECM根部的Ca2+振荡则完全消失。   根据上述结果,Feijó等通过构建模型解释植物养分吸收及生长加速是通过侵染真菌介导,依赖pH的变化,而且ECM营养的主要供应是植物的根,发现Ca2+在这一过程中发挥了重要的作用,这为揭开植物-真菌共生互作提供了证据和模型。 图注:对照及真菌侵染后桉树根部伸长区离子流的振荡变化图以及真菌侵染后根部的pH信号机制模型。     ...
  • 文献电子报: 东农EES:Cu抑制细菌降解增塑剂的离子稳态机制|NMT环境毒理创新科研平台
    内容: 基本信息 主题:Cu抑制细菌降解增塑剂的离子稳态机制 期刊:Ecotoxicology and Environmental Safety 影响因子:4.872 研究使用平台:NMT环境毒理创新科研平台 标题:Physiological responses of Arthrobacter sp. JQ-1 cell interfacesto co-existed di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and copper 作者:东北农业大学张颖   检测离子/分子指标 K+ 、Ca2+   检测样品 节杆菌JQ-1细胞   中文摘要(谷歌机翻)   节杆菌JQ-1可以在3天内完全降解500 mg / L的DEHP。Cu2+的最低抑菌浓度(MICs)可能达到1.56mM,但是5.0mg/L Cu2+明显抑制了DEHP降解和细菌生长。因此,JQ-1暴露于DEHP-铜环境下,以基于细胞多个界面(细胞表面,膜和细胞内特性)的生理反应来验证毒性机理。结果表明,500mg/L的DEHP和5.0mg/L的Cu2+组合可显着降低细胞表面疏水性(CSH)和ζ电势的绝对值,这表明DEHP的生物利用度降低。细胞表面的变化主要是由于Cu2+和某些官能团(CH2,CH3,芳环和酰胺)之间的相互作用。穿过质膜的质子动力(PMF)减弱可能会干扰能量的形成和利用,这不利于细胞损伤的修复过程。本研究首次将非损伤微测技术(NMT)应用于DEHP和重金属离子的联合毒性研究。DEHP-铜增强了穿过质膜的K+流出和Ca2+的流入,从而干扰了离子钾和钙离子的稳态,并可能诱导细胞凋亡并进一步抑制DEHP降解。细胞内酯酶活性的下降表明代谢能力明显受到抑制。这项研究增强了我们对响应污染物的细胞不同界面过程的理解。 离子/分子流实验处理方法 (1)500 mg/L Glucose(2)500 mg/L Glucose+5.0 ...
  • 文献电子报: STOTEN西南科大董发勤:NMT发现接种AMF促根吸Cd且与跨膜钙流耦合 为AMF缓解Cd毒并增强黑麦草Cd修复潜力提供证据
    内容: 基本信息 主题:NMT发现接种AMF促根吸Cd且与跨膜钙流耦合 为AMF缓解Cd毒并增强黑麦草Cd修复潜力提供证据 期刊:Scienceof the Total Environment 影响因子:7.963 研究使用平台:NMT重金属创新平台 标题:Unraveling the effects of arbuscular mycorrhizal fungi on cadmium uptake and detoxification mechanisms in perennial ryegrass (Lolium perenne) 作者:西南科技大学董发勤、韩颖,莱里达大学Víctor Resco de Dios、Obey ...
  • 文献电子报: JHM北林陈少良:NMT为鉴定Cd污染修复候选基因PeANN1 探究其促杨树根吸Cd机制提供主要证据
    内容: 基本信息 主题:NMT为鉴定Cd污染修复候选基因PeANN1 探究其促杨树根吸Cd机制提供主要证据 期刊:Journal of Hazardous Materials 影响因子:9.038 研究使用平台:NMT重金属创新平台 标题:Populus euphratica annexin1 facilitates cadmium enrichment in transgenic Arabidopsis 作者:北京林业大学陈少良、张一南   检测离子/分子指标 Cd2+、Ca2+   检测样品 拟南芥(WT,Atann1, PeANN1-OE1, PeANN1-OE2)根分生区(距根尖200 μm根表上的点)   中文摘要 植物修复技术为重金属(heavy metal, HM)污染土壤和水体的修复提供了巨大的潜力。筛选和确定与HM吸收和运输有关的候选基因是通过基因工程改善植物修复的先决条件。本研究以镉(Cd)敏感型胡杨为材料,鉴定了一个促进Cd富集的膜联蛋白编码基因。用CdCl2(50-100 μM)处理12 h后, 胡杨细胞下调了annexin1 (PeANN1)的转录水平。PeANN1与拟南芥Annexin1(AtANN1)同源,并且主要定位于质膜(PM)和细胞溶质。与野生型和Atann1突变体相比,PeANN1在拟南芥中过表达导致长期Cd胁迫(10 d, 50 μM)后植物的存活率和根长下降更为明显,这是由于根部Cd积累较多造成的。PeANN1转基因植株的根在镉激(30 min,50 μM)和短期胁迫(12 h,50 ...
  • 文献电子报: 北林:NMT发现NO促Pb吸收并诱导Ca2+流紊乱 为NO增强Pb毒性的机制研究提供证据
    内容: 基本信息 主题:NMT发现NO促Pb吸收并诱导Ca2+流紊乱 为NO增强Pb毒性的机制研究提供证据 期刊:Plants 影响因子:2.632(2019年) 研究使用平台:NMT重金属创新平台 标题:Nitric Oxide Enhances Cytotoxicity of Lead by Modulating the Generation of Reactive Oxygen Species and Is Involved in the Regulation of Pb2+ and Ca2+ Fluxes in ...
  • 文献电子报: EP中南大学:NMT发现Cd导致桑树根Ca/Mg外排破坏离子平衡,对Na/K无影响
    内容: 基本信息 主题:NMT发现Cd导致桑树根Ca/Mg外排破坏离子平衡,对Na/K无影响 期刊:Environmental Pollution 影响因子:6.792 研究使用平台:NMT重金属胁迫创新平台 标题:Physiological, Anatomical, and Transcriptional Responses of Mulberry (Morus alba L.) to Cd Stress in Contaminated Soil 作者:中南大学郭朝晖、曾鹏   检测离子/分子指标 Cd2+、K+、Ca2+、Mg2+、Na+   检测样品 桑树根(根尖、分生区、伸长区、成熟区和根毛区)   中文摘要 木本植物桑树具有具备生物量大、生长周期长而在修复重金属污染土壤上具备较强的应用前景。然而,关于Cd在桑树体内解毒和转运过程,及其解剖特征和分子响应机制尚未完全阐明。本文研究了Cd胁迫下桑树的解剖特征、Cd和矿质元素的吸收和转运以及转录机制。结果表明,桑树对Cd胁迫具有较强的解毒和自我保护能力。当土壤Cd含量小于37.0 mg/kg时,桑树生长和光合色素含量无明显影响,而在37.0~55.4 mg/kg Cd污染土壤中,桑树根系Ca和Mg含量显著(p<0.05)增加了37.85%~40.87%和36.63%~53.06%。同时,植物叶片过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶等抗氧化酶活性与Cd含量呈正相关。Cd胁迫下,桑树叶片的细胞结构,茎和根部横截面的组织结构基本保持完整;同时,叶片嗜饿颗粒数量增加和淀粉颗粒的溶解效应显著响应。COG分析和GO分析表明,桑树能增强其催化活性,调节无机离子的运输和代谢过程,增强其抗氧化酶活性和防御机制等过程来减轻Cd的毒害作用。而且,Cd胁迫下,大量与细胞壁生物合成、抗氧化酶活性、谷胱甘肽代谢、螯合作用、植物激素信号转导以及丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路相关的差异表达基因上调。KEGG富集分析表明,植物激素信号转导在桑树根、茎、叶中显著富集(p<0.05),脱落酸和乙烯可介导MAPK信号通路增加植物对Cd的耐受性。结果表明,桑树的生理、细胞和组织以及转录调控均能促进其在Cd污染土壤上的适应性。   离子/分子流实验处理方法 50 μmol/L CdCl2(Cd50)处理20 d   离子/分子流实验结果 采用非损伤微测技术(NMT)测定桑树根系的5个部位的Cd2+流速(图1a),即根冠 (a区)、根分生区(b区)、根伸长区(c区)、根成熟区(d区)和根毛区(e区),可直接反映植物根系对Cd2+的吸收情况。5 min内桑树根系的Cd2+净流速变化不大(图1b),表明桑树根系能够稳定地从培养环境中吸收Cd2+,表现出较强的Cd吸收能力。桑树根不同部位Cd2+净流速差异显著,范围为6.22~37.9 pmol/cm2·s(图1c)。桑树根系对Cd2+的净吸收顺序为根冠区(a区)≈根分生区(b区)>根伸长区(c区)>根成熟区(d区)>根毛区(e区),表明桑树根系对Cd2+的吸收主要集中在根冠区和分生区。这可能是由于根冠区和分生区表皮细胞壁中的角质层未完全形成所致,有利于植物根尖区吸收Cd2+。因此,桑树的根冠和分生区是从污染环境中吸收Cd的主要部位。 为确定Cd对桑树根吸收阳离子流速的影响,测定了桑树根成熟区净K+、Ca2+、Mg2+和Na+流速(图1d-g)。Cd50处理下,桑树根系的K+和Na+流速较Cd0处理无明显变化(图1d和e),而Ca2+和Mg2+流速明显外排(图1f和g),说明桑树在Cd胁迫下能维持正常的Na+/K+吸收平衡但加速了Ca2+/Mg2+流失。因此,桑树根系中Cd2+可能与Ca2+、Mg2+等同类型二价阳离子的转运和吸收通道竞争。且植物根系细胞质膜中存在不同类型的高亲和力二价阳离子转运蛋白可直接参与Cd2+的吸收。综上,Cd胁迫会破坏根系成熟区对Ca2+/Mg2+的吸收平衡,对Na+/K+的吸收影响较小。 图1. ...
  • 文献电子报: JHM陈少良:PeANN1可作为植物修复候选基因缓解镉胁迫
    内容: 基本信息 主题:PeANN1可作为植物修复候选基因缓解镉胁迫 期刊:Journal of Hazardous Materials 影响因子:9.038 研究使用平台:NMT重金属创新平台 标题:Populus euphratica annexin1 facilitates cadmium enrichment in transgenic Arabidopsis 作者:北京林业大学陈少良、张一南   检测离子/分子指标 Cd2+、Ca2+   检测样品 拟南芥(WT,Atann1, PeANN1-OE1, PeANN1-OE2)根分生区(距根尖200 μm根表上的点)   中文摘要 植物修复技术为重金属(heavy metal, HM)污染土壤和水体的修复提供了巨大的潜力。筛选和确定与HM吸收和运输有关的候选基因是通过基因工程改善植物修复的先决条件。本研究以镉(Cd)敏感型胡杨为材料,鉴定了一个促进Cd富集的膜联蛋白编码基因。用CdCl2(50-100 μM)处理12 h后, 胡杨细胞下调了annexin1 (PeANN1)的转录水平。PeANN1与拟南芥Annexin1(AtANN1)同源,并且主要定位于质膜(PM)和细胞溶质。与野生型和Atann1突变体相比,PeANN1在拟南芥中过表达导致长期Cd胁迫(10 d, 50 μM)后植物的存活率和根长下降更为明显,这是由于根部Cd积累较多造成的。PeANN1转基因植株的根在镉激(30 min,50 μM)和短期胁迫(12 h,50 ...

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