基本信息

主题：NMT结合CRISPR / Cas9技术验证OsMPT3调节离子平衡促植物耐盐

期刊：The Crop Journal

研究使用平台：NMT农作物耐盐创新科研平台

标题：Mutagenesis revealsthat the rice OsMPT3 gene is an important osmotic regulatory factor

作者：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所程宪国、黄升财    

 

检测指标

Na+、K+、Ca2+    

 

检测样品

水稻根根毛区（距根尖10mm的根表上的点）

 

离子流实验处理方法    

将2周龄幼苗（WT和突变体）置于含有120mmol·L-1NaCl的霍格兰营养液中24h。

 

离子流结果    

当幼苗在适宜的培养液中生长时，mpt30突变体和WT在根尖伸长区的Na+流速呈现出相似的变化趋势，但mpt30突变体在8.5min后表现出比WT更低的Na+外排量（图a）。当幼苗在120mmol·L-1NaCl溶液中暴露时，mpt30突变体和WT均表现出逐渐增加的Na+外排趋势，但与WT相比，突变体在根尖伸长区的Na+外排速率显著降低（图b）。与Na+相比，突变体和WT在良好的培养条件下都表现出K+在伸长区的内流，并且突变体的K+内流速率明显高于WT（图c）。盐胁迫下，mpt30突变体的K+流速由内流转化为外排，而WT中K+的内流速率逐渐降低，并在9min后表现出明显的外排（图d）。当水稻幼苗在适宜的溶液中生长时，突变体和WT都表现出随时间逐渐减少的Ca2+外排，但是mpt30突变体显示出相对于WT显著增加的Ca2+外排速率（图e）。盐胁迫下，突变体和WT的Ca2+流速分布呈现相似的趋势，mpt30和WT的Ca2+外排速率均显著高于良好培养（图f）。 无论是在适宜培养还是盐胁迫下，mpt30突变体的根尖Na+净流速均显著低于WT。在良好培养条件下，突变体中Na+的平均外排量下降了76.7%，在盐胁迫下下降了60.2%（图g）。与Na+相反，在良好培养条件下，K+呈内流趋势，突变体的平均K+内流速率高于WT。然而，在盐胁迫下，WT中的K+呈现内流，而mpt30突变体则表现出K+外流（图h）。盐胁迫增加了突变体和野生型水稻的Ca2+外流；然而，无论是在适宜条件下培养还是在NaCl胁迫下，mpt30突变体的Ca2+净外排量都比WT净外排量高（图i）。        

Fig.3–Flux profiles of Na+, K+and Ca2+in roottip elongation zones of 7-day-oldrice seedlings. (a)Net Na+fluxes under favorable culture. (b) Net Na+fluxes under culture with a 120 mmol·L-1NaCl solution. (c) Net K+fluxes under favorable culture. (d) Net K+fluxes under salt stress.(e) Net Ca2+fluxes under favorable culture. (f) Net Ca2+fluxes under culture with a solution of 120 mmol·L-1 NaCl. Net effluxes areindicated by positive and net influxes by negative values. (g) Mean Na+flux. (g) Mean K+flux. (i) Mean Ca2+flux. WT, wildtype.

 

其他实验结果    

OsMPT3;1与OsMPT3;2是同源基因。突变体对盐胁迫的耐受性更低。在盐胁迫下，OsMPT3s基因的突变下调了ATP酶基因的表达。突变体叶片中ATP、P、K+、Na+和Ca2+的分布发生了变化。突变体对ATP表现出较高的敏感性。突变体能引起转录水平的改变。OsMPT3;2基因的突变改变了差异代谢物的分布。        

 

结论    

OsMPT3基因调节了盐胁迫下水稻磷转运和ATP合成的能量供应，引发了参与渗透调节的离子和代谢物积累的变化，从而提高了水稻的耐盐性。本研究证明了CRISPR/Cas9基因编辑技术在植物功能基因研究中的有效应用。

 

离子流实验使用的测试液    

1.0 NaCl，0.1 CaCl2，0.1 KCl，pH 5.8    

 

文章原文：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514120300313

 

标签: Ca2+, K+, Na+, 水稻