基本信息

主题：NMT发现碱胁迫促突变体根泌H⁺ 为N-糖基化影响IAA合成运输提供间接证据

期刊：iScience

研究使用平台：NMT植物耐盐创新平台

标题：MNSs-mediated N-glycan processing is essential for auxin homeostasis in Arabidopsis roots during alkaline response

作者：福建农林大学许卫锋、夏天雨

 

检测离子/分子指标

H⁺

 

检测样品

拟南芥根伸长区（距离根尖520~850 μm根表上的点）

 

中文摘要

内质网（ER）内腔和顺式高尔基体的早期步骤包括Ⅰ类α-甘露糖苷酶（MNSs）对N-聚糖的修调，它们在根系生长和胁迫响应中起关键作用。本研究发现mns1 mns2 mns3突变体中的根系生长抑制在碱性条件下得到了部分修复，而阻断生长素运输的抑制剂处理抵消了这种碱性条件维持的根系生长。进一步研究发现，在mns1 mns2 mns3中，吲哚-3-乙酸（IAA）在正常条件下检测不到，而在碱性条件下恢复到正常水平，证实了N-糖肽谱结果，其中N-糖肽与IAA的生物合成、氨基酸结合物的水解有关，响应结果显示mns1 mns2 mns3在正常和碱性条件下具有不同的丰度。总之，本结果表明，在对碱性胁迫的响应中，拟南芥内质网和顺式高尔基体中MNSs介导的N-聚糖加工，与维持生长素的稳态和运输有关。

 

离子/分子流实验处理方法

在pH 6.0或pH 8.2的培养基生长10 d

 

离子/分子流实验结果

 

有研究表明，植物根系中的质子流速在维持根系生长和促进植物对包括碱性胁迫在内的多种胁迫的响应中起着至关重要的作用。为了研究碱性pH是否可能恢复mns1 mns2 mns3突变体的根系生长，研究采用非损伤微测技术（NMT）测量了净质子流速。研究发现，10日龄WT主根伸长区的质子外排，在正常条件下和碱性pH条件下没有显著差异；相比之下，mns1 mns2 mns3突变体在正常pH 6.0时，根尖伸长区出现了质子内流，在碱性pH 8.2时出现了质子外排（图2A），表明碱性处理诱导了质子流速由内向外的转换。这些结果证实了在mns1 mns2 mns3中，根尖的质子分泌可能在维持根系再碱性条件下生长中起到关键作用。

图1. 碱性条件下，mns1 mns2 mns3突变体的根尖质子分泌恢复。正值代表H⁺外排，负值代表H⁺内流。

 

其他实验结果

• 外源pH值能够影响mns1 mns2 mns3突变体的根表型。

• mns1 mns2 mns3三重突变体在碱性条件下维持根系表型是由于缺乏α-1,2甘露糖苷酶引起的。

• PMH⁺-ATPase活性不足以维持mns1 mns2 mns3三重突变体在碱性条件下根的生长。

• 在mns1 mns2 mns3突变体中，生长素的极性运输参与了维持碱性条件下根系的生长。

• 碱性胁迫对mns1 mns2 mns3突变体的N-糖蛋白组产生影响。

• 在pH 6.0时，mns1 mns2 mns3突变体中没有检测到IAA，表明IAA运输到根伸长区较少，导致生长素信号传导和基因表达发生改变，在pH 8.2时，再次检测到生长素。

 

结论

研究试图用酸生长理论解释mns1 mns2 mns3突变体在碱性条件下保持根系生长现象：在正常生长条件下（pH 6.0），生长素水平过低（尽管是质子内流）导致mns三突变体根系生长受到抑制；而在碱性条件下（pH 8.2），生长素稳态相关N-糖肽的丰度发生改变，生长素水平随着质子泵入质外体而恢复，进而能够维持mns1 mns2 mns3突变体的根系生长（图2）。

图2. 在mns1 mns2 mns3突变体中碱性条件维持根系生长的模型。MNS1-3的突变导致大多数N-连接糖蛋白（包括生长素稳态相关的N-连接糖蛋白）的N-聚糖结构为Man9GlcNAc2，这些蛋白的稳定性、定位和功能可能因此受到影响。在pH 6.0条件下，mns1mns2 mns3突变体根系细胞中的生长素水平极低并可观察到质子内流，导致根系生长受抑制。在pH 8.2条件下，生长素水平可能因生长素稳态相关的N-糖肽丰度降低而恢复，从而诱导质子外排并部分恢复根系生长。

 

测试液

0.1 mM CaCl₂, pH 6.0

0.1 mM CaCl₂, pH 8.2

 

文章原文：

https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104298

 

标签: H+, IAA, N-糖基化, 拟南芥, 植物类, 碱胁迫, 质子分泌