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基本信息

主題：無損"電生理"Ca²⁺流作為膜通道功能核心驗證手段 為揭示CNGC9通道調(diào)控水稻低溫響應(yīng)機制提供證據(jù)

期刊：Molecular Plant

影響因子：12.084

研究使用平臺：NMT溫度脅迫創(chuàng)新科研平臺

標題：Transcriptional Activation and Phosphorylation of OsCNGC9 Confer Enhanced Chilling Tolerance in Rice

作者：萬建民（中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）、王家昌（中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）、任玉龍（中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所），劉喜（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）

檢測離子/分子指標

Ca²⁺

檢測樣品

水稻根，距根尖500 μm根表上的點

離子/分子流實驗處理

研究利用非損傷微測技術(shù)（NMT）檢測水稻根系Ca²⁺流速，研究OsCNGC9是否能夠在體內(nèi)介導(dǎo)Ca²⁺內(nèi)流來響應(yīng)低溫脅迫。在低溫脅迫下，WT根系和cds1互補株系均有較強且快速的胞外Ca²⁺內(nèi)流。相比之下，cds1在相同條件下未表現(xiàn)出明顯的胞外Ca²⁺內(nèi)流（圖1A）。另外研究還觀察到，WT或pGOsCNGC9與cds1之間低溫脅迫的平均最大Ca²⁺內(nèi)流量差異顯著（圖1B）。

與Kitaake相比，OsCNGC9-OE轉(zhuǎn)基因株系在對冷激的響應(yīng)中表現(xiàn)出更強的細胞外Ca²⁺內(nèi)流（圖2）。

圖1. OsCNGC9是低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流所必需的。藍色背景表示低溫處理持續(xù)的時間。負值代表Ca²⁺內(nèi)流。

圖2. OsCNGC9的過表達能提高水稻中低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流。負值代表Ca²⁺內(nèi)流。

      Ca²⁺流速測定結(jié)果顯示，低溫處理后，Nipponbare而非OsSAPK8敲除突變體的根細胞表現(xiàn)出更明顯的Ca²⁺內(nèi)流（圖3）。

      OsSAPK8-GFP過表達植物的根細胞與Nipponbare根細胞相比，在冷激脅迫下表現(xiàn)出更強的Ca²⁺內(nèi)流（圖4）。

圖3. OsSAPK8基因敲除突變體由低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流的狀態(tài)。負值代表Ca²⁺內(nèi)流。

圖4. OsSAPK8過表達對低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流有正調(diào)控作用。負值代表Ca²⁺內(nèi)流。

       與Kitaake相比，OsDREB1A-KO植物在應(yīng)對冷脅迫時胞外Ca²⁺流速較弱（圖5）。

圖5. 比較Kitaake和OsDREB1A-KO在低溫脅迫下根中Ca²⁺的內(nèi)流速率。負值代表Ca²⁺內(nèi)流。

其他實驗結(jié)果

• OsCNGC9是一個積極的低溫耐受性調(diào)節(jié)器。

• OsCNGC9與OsSAPK8在體內(nèi)發(fā)生物理相互作用。

• OsCNGC9是OsSAPK8真正的底物。

• OsSAPK8對OsCNGC9的磷酸化增強了OsCNGC9通道對低溫脅迫的反應(yīng)活性。

• OsCNGC9的Ser-645是OsSAPK8對水稻耐寒性反應(yīng)的一個主要磷酸化位點。

• OsSAPK8對OsCNGC9的Ser-645的磷酸化對增強水稻的耐寒性起著積極作用。

• Ser-645的磷酸化狀態(tài)正向調(diào)節(jié)OsCNGC9的鈣通道活性。

• OsSAPK8參與了水稻耐寒性和低溫誘導(dǎo)的Ca²⁺內(nèi)流的調(diào)控。

• OsSAPK8介導(dǎo)的OsCNGC9的磷酸化在水稻耐寒性中起重要作用。

• 低溫刺激通過OsDREB1A依賴性途徑促進OsCNGC9的表達。

低溫脅迫后，環(huán)核苷酸門控通道OsCNGC9被SnRK2蛋白激酶OsSAPK8磷酸化并激活，引發(fā)細胞鈣水平升高，進而激活水稻低溫脅迫相關(guān)基因的表達，增強水稻耐寒能力。

測試液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, pH 6.0