研究人員揭示南瓜和黃瓜耐鹽性差異的分子機制

2019年7月10日，Journal of Experimental Botany雜志在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗室別之龍教授團隊和澳大利亞塔斯馬尼亞大學Sergey Shabala教授團隊合作的題為“Tissuespecific respiratory burst oxidase homologue-dependent H2O2signaling to the plasma membrane H+-ATPase confers potassium uptake and salinity tolerance in Cucurbitaceae”的研究論文，該文解析了南瓜耐鹽性強于黃瓜的重要分子生理機制，主要原因在于南瓜根尖RBOHD在鹽脅迫下產(chǎn)生H2O2信號，通過質(zhì)膜H+-ATPase調(diào)控鉀吸收，進而影響南瓜根尖細胞活力和耐鹽性，而黃瓜鉀吸收受到的調(diào)控則不明顯。

該研究利用細胞活力染色、非損傷離子選擇性微電極（MIFE）、鉀含量測定、H2O2熒光成像等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)南瓜耐鹽性強于黃瓜，而且南瓜根尖具有較高的鉀吸收速率、鉀含量和H2O2水平。轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)南瓜根尖85%的差異基因顯著上調(diào)，黃瓜只有52%的差異基因顯著上調(diào)。鹽脅迫下南瓜NADPH氧化酶、14-3-3蛋白、質(zhì)膜H+-ATPase及鉀轉(zhuǎn)運相關基因RBOHD、GRF12、AHA1和HAK5顯著上調(diào)表達，黃瓜中則無明顯變化。利用NADPH氧化酶抑制劑DPI對材料根系進行預處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加抑制劑DPI后南瓜根系H2O2形成受阻，GRF12、AHA1、HAK5表達、質(zhì)膜H+-ATPase活性和鉀吸收速率顯著下降，外源H2O2處理則結(jié)果相反。進一步使用CRISPR/Cas9基因編輯和擬南芥轉(zhuǎn)基因手段，驗證了南瓜RBOHD產(chǎn)生的H2O2信號，通過質(zhì)膜H+-ATPase調(diào)控鉀吸收和耐鹽性的分子生理機制。