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根系鐵毒敏感機(jī)制同一氧化氮調(diào)控的根尖區(qū)鉀離子穩(wěn)態(tài)平衡密切相關(guān)
NMT是基因功能的活體檢測(cè)技術(shù)，已被31位諾貝爾獎(jiǎng)得主所在單位，及北大、清華、中科院使用。
期刊：New Phytologist
主題：根系鐵毒敏感機(jī)制同一氧化氮調(diào)控的根尖區(qū)鉀離子穩(wěn)態(tài)平衡密切相關(guān)
標(biāo)題：Excess iron stress reduces root tip zone growth through nitric oxide-mediated repression of potassium homeostasis in Arabidopsis
影響因子：7.433
檢測(cè)指標(biāo)：K+流速
檢測(cè)樣品：擬南芥
K+流速流實(shí)驗(yàn)處理方法：
4°C下冷處理48小時(shí)
K+流速流實(shí)驗(yàn)測(cè)試液成份：
2 mM KH2PO4、5mM NaNO3、2 mM MgSO4、1 mM CaCl2、50lM Fe-EDTA，50 lMH3BO3、12lM MnSO4、1lM ZnCl2 ，1lM CuSO4、0.2lMNa2MoO4、1％蔗糖，0.5 g / l MES和0.8％瓊脂 pH 5.7
作者：中國(guó)科學(xué)院土壤研究所土壤與可持續(xù)農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室施衛(wèi)明、李光杰、張琳
文章簡(jiǎn)介
鐵毒是熱帶和淹水土壤常見的障礙因子。植物發(fā)生鐵毒害時(shí)，根系生長(zhǎng)受阻，嚴(yán)重時(shí)根系腐壞死亡。然而，人們對(duì)鐵毒抑制植物根系發(fā)育的生物學(xué)機(jī)制的認(rèn)識(shí)還很初步，也不利于對(duì)土壤鐵毒逆境下保根壯苗等農(nóng)藝技術(shù)的研發(fā)。
中科院南京土壤所施衛(wèi)明研究員課題組長(zhǎng)期關(guān)注根系鐵毒害分子響應(yīng)機(jī)制，分別在鐵毒抑制植物的根系伸長(zhǎng)、側(cè)根形成的分子生理機(jī)制等方面取得一系列進(jìn)展。相關(guān)結(jié)果陸續(xù)發(fā)表在Plant Physiology, Journal of Experimental Botany（Li Guangjie et al., 201,b）上。相關(guān)成果得到了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，受Frontiers in Plant Science和Plant Signal and Behavior期刊邀請(qǐng)撰寫發(fā)表了相關(guān)綜述和評(píng)論（Li Guangjie et al., 2016a,b）。文章中用到的新型分根研究方法，也受到的方法學(xué)期刊Bio-Protocol的邀請(qǐng)撰寫了詳細(xì)的介紹文章（Li Guangjie et al., 2017）。
上述系列研究證實(shí)根尖區(qū)是根系生長(zhǎng)響應(yīng)鐵毒脅迫的關(guān)鍵位點(diǎn)，而且比根系其它區(qū)段對(duì)鐵毒脅迫更加敏感。但是為何根尖區(qū)會(huì)對(duì)鐵毒脅迫更加敏感，仍未探究清楚。圍繞該科學(xué)問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了更深入研究。利用非損傷微測(cè)技術(shù)（Non-invasive Micro-test Technology, NMT）測(cè)定不同根系區(qū)段的鉀離子流，并配合離子通道抑制劑和相關(guān)突變體進(jìn)行了研究。
研究發(fā)現(xiàn)鐵毒脅迫引發(fā)根尖區(qū)細(xì)胞一氧化氮（NO）上升后誘導(dǎo)了SNO1 (sensitive to nitric oxide 1)//SOS4活性增強(qiáng)。進(jìn)而加劇非選擇性離子通道（NSCC）介導(dǎo)的鉀離子外流，造成根尖細(xì)胞鉀離子穩(wěn)態(tài)失衡，從而導(dǎo)致了根尖區(qū)對(duì)鐵毒脅迫非常敏感。有意思的是，補(bǔ)充供鉀可以一定程度上緩解鐵毒脅迫，但是因?yàn)闆](méi)有清除鐵毒脅迫誘導(dǎo)的NO信號(hào)和SNO1/SOS4活性，因此，并不能*解除鐵毒對(duì)根系的傷害。研究結(jié)果也說(shuō)明了，抑制NO信號(hào)和SNO1/SOS4活性以及補(bǔ)施鉀肥都對(duì)提升植物抵御土壤鐵毒逆境有重要作用，但在源頭上抑制鐵毒誘導(dǎo)的NO信號(hào)和SNO1/SOS4活性更為重要和有效。相關(guān)結(jié)果已在New Phytologist（Zhang Lin and Li Guangjie et al., 2018）發(fā)表。張琳博士為作者，施衛(wèi)明研究員和李光杰副研究員為文章通訊作者。
實(shí)時(shí)加入Fe試劑后，擬南芥根尖K+吸收速率變化情況
英文摘要
The root tip zone is regarded as the principal action site for iron (Fe) toxicity and is more sensitive than other root zones, but the mechanism underpinning this remains largely unknown.
We explored the mechanism underpinning the higher sensitivity at the Arabidopsis root tip and elucidated the role of nitric oxide (NO) using NO‐related mutants and pharmacological methods.
Higher Fe sensitivity of the root tip is associated with reduced potassium (K+) retention. NO in root tips is increased significantly above levels elsewhere in the root and is involved in the arrest of primary root tip zone growth under excess Fe, at least in part related to NO‐induced K+ loss via SNO1 (sensitive to nitric oxide 1)/SOS4 (salt overly sensitive 4) and reduced root tip zone cell viability. Moreover, ethylene can antagonize excess Fe‐inhibited root growth and K+ efflux, in part by the control of root tip NO levels.
We conclude that excess Fe attenuates root growth by effecting an increase in root tip zone NO, and that this attenuation is related to NO‐mediated alterations in K+ homeostasis, partly via SNO1/SOS4.
中文摘要（谷歌機(jī)翻）
根尖區(qū)被認(rèn)為是鐵（Fe）毒性的主要作用部位，比其他根區(qū)更敏感，但其根源機(jī)理尚不清楚。
我們探索了支持?jǐn)M南芥根尖較高敏感性的機(jī)制，并使用NO相關(guān)突變體和藥理方法闡明了一氧化氮（NO）的作用。
根尖的高Fe敏感性與鉀（K +）保留減少有關(guān)。根尖中的NO顯著高于根中其他位置的水平，并且參與了過(guò)量Fe下主要根尖區(qū)的生長(zhǎng)的抑制，至少部分與NO誘導(dǎo)的通過(guò)SNO1（對(duì)一氧化氮1敏感）導(dǎo)致的K +損失有關(guān)/ SOS4（鹽過(guò)于敏感4）并降低了根尖區(qū)細(xì)胞的活力。此外，乙烯可以拮抗過(guò)量鐵抑制的根生長(zhǎng)和鉀離子外排，部分原因是通過(guò)控制根尖NO含量。
我們得出結(jié)論，過(guò)量的鐵會(huì)通過(guò)增加根尖區(qū)NO的含量而減緩根的生長(zhǎng)，并且這種衰減與NO介導(dǎo)的K +動(dòng)態(tài)平衡的改變有關(guān)，部分是通過(guò)SNO1 / SOS4引起的。