小麦干旱胁迫调控、水稻的水分吸收、大豆根基代谢物质与细菌群落

来源：植物科学最前沿

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植物非生物胁迫

西北农林科技大学杨淑慎团队鉴定出小麦对干旱胁迫响应的一种新的调控机制。

干旱是小麦生长和作物产量的主要威胁。然而，在培育耐旱品种方面，成功的例子非常有限。这种进展的缺乏，至少部分是由于缺乏对小麦抗旱性的分子机制的了解。本研究中，来自西北农林科技大学生命科学学院的杨淑慎团队评估了三种胞质甘油醛‐3‐磷酸脱氢酶(TaGAPC2/5/6)在小麦和拟南芥干旱胁迫下的潜在作用。他们发现，TaGAPC2/5/6均通过活性氧清除和气孔运动对干旱胁迫做出积极响应。结果表明，TaWRKY33是TaGAPC2/5/6基因的直接调控因子。双荧光素酶报告基因实验表明，TaWRKY33可激活TaGAPC2/5/6的表达。双分子荧光互补实验(BiFC)和酵母双杂交实验结果证明TaGAPC2/5/6与磷脂酶Dδ(PLDδ)互作。他们证明不管在体外还是体内TaGAPC2/5/6都可激活TaPLDδ的活性。此外,小麦RNAi株系中PLDδ较低的活性可能导致更少的PA积累,从而在干旱胁迫下导致较大的气孔孔径。综上所述，他们的研究结果建立了一种新的小麦对干旱胁迫响应的TaGAPCs正向调控机制。

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植物非生物胁迫

中国农业大学任东涛团队揭示MPKL1蛋白正向调节玉米幼苗干旱敏感性的机制。

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)在调节植物生长、发育和应激反应中起重要作用。MAPK‐like (MPKL)蛋白是一组包含MAPK标记TxY基序并与MAPKs序列相似的激酶。然而，植物中MPKL蛋白的功能目前还不清楚。玉米(Zea mays)基因组包含四个编码MPKL蛋白的基因，被命名为ZmMPKL1--ZmMPKL4。在本研究中，来自中国农业大学的任东涛团队研究发现ZmMPKL1具有激酶活性，并且干旱诱导了ZmMPKL1的表达。正常生长条件下，ZmMPKL1过表达和敲除的玉米幼苗与野生型B73幼苗无明显形态差异。相比之下，在干旱条件下，ZmMPKL1过表达幼苗表现出气孔孔径增大、水分流失、叶片萎蔫，而敲除幼苗表现出相反的表型。此外，外源施加脱落酸(ABA)恢复了过表达ZmMPKL1幼苗的干旱敏感表型。ZmMPKL1过表达降低了干旱诱导下幼苗中ABA的产量，敲除后ABA产量增加。在过表达ZmMPKL1的幼苗中，干旱诱导的ABA生物合成基因的转录被抑制，ABA分解代谢基因被增强，而在敲除的幼苗中，它们的转录受到逆向调控。这些结果表明，ZmMPKL1通过改变ABA生物合成和分解代谢基因的转录，以及ABA的稳态，正向调节玉米幼苗的干旱敏感性。

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植物生长发育及调控

美国华盛顿州立大学科研人员研究发现MAP20蛋白在后生木质部纹孔发育和干旱恢复中的重要作用。

纹孔（pits）是植物导管细胞壁中缺少次生壁的部分。每个纹孔包含一个嵌在次生壁中的小空腔，称为纹孔腔，和一个经过修饰的初生壁，称为纹孔膜。干旱时，纹孔膜促进胞液在维管细胞间的运输，且在干旱环境下可限制栓塞。本研究中，来自美国华盛顿州立大学的Andrei Smertenko/ Karen A. Sanguinet 团队以二穗短柄草为模型系统，分析了被子植物特异性TPX2类微管蛋白MAP20在纹孔形成中的作用。他们采用活细胞成像技术分析MAP20与微管的相互作用及MAP20对微管动力学的影响；使用MAP20特异性抗体研究了MAP20在不同细胞类型中在维管束发育过程中的表达和定位，并通过amiRNA敲除方法来确定MAP20的功能。结果显示，MAP20在维管束发育后期表达，主要分布于形成纹孔的周围和次生细胞壁增厚的下方。MAP20抑制微管解聚，然而不同于动物TPX2， MAP20在微管成核中不与γ-管蛋白环复合物协同作用。MAP20基因的敲除会导致纹孔变大、纹孔膜变薄、维管系统发育紊乱、生殖潜能降低和干旱敏感性增高。这些结果表明，MAP20可能通过调节后生木质部中纹孔的大小和纹孔膜厚度来调控植物抗旱性。

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植物生长发育及调控

中外科研人员联合发现水稻质膜内在蛋白(OsPIP1;3)的异位表达在促进植物生长和水分吸收中的重要作用。

质膜内在蛋白(PIPs)被认为是多种底物在细胞膜上移动的主要促进因子。本研究中，来自巴里大学的Giuseppe Calamitac团队及东北农业大学丁晓东团队从一个抗旱水稻品种中分离出一个OsPIP1;3基因SNP，该基因主要在水稻根中表达，对干旱胁迫反应强烈。免疫细胞化学结果显示，OsPIP1;3主要在内皮层的近端和木质部周边的细胞表面积累。在爪蟾卵母细胞或水稻原生质体中单独表达GFP‐OsPIP1;3时，显示OsPIP1;3在ER区域定位错误，而共表达OsPIP2;2可将OsPIP1;3转移至质膜上，从而显著增强卵母细胞的渗透率。

此外，通过停流光散射分析发现脂质体中10×His-OsPIP1; 3的重构可表现出水通道活性。通过膜片钳技术，他们检测了哺乳动物细胞中OsPIP1;3显著的NO3‐电导。为了研究其生理功能，他们在烟草中异位表达了OsPIP1;3基因。转基因烟草植株表现出较高的光合速率、根系水传导性和水分利用效率，比野生型植株具有更大的生物量和更强的水分亏缺抗性。

进一步实验表明，在不同CO2供气条件下，蓝藻中OsPIP1;3的异源表达促进了细菌的生长。综上所述，除了阐明OsPIP1;3的多重功能外，这项工作还为植物水通道蛋白的转化价值提供了见解。

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植物病理学

日本科研人员揭示大豆根际的大豆苷元时空分布以及其对细菌群落的作用。

植物根系通过代谢产物的渗出来培养多种微生物，形成根际微生物群落。尽管植物的特异性代谢物在根际微生物群落的聚集和功能中具有重要意义，但人们对这些代谢物在土壤中的作用范围知之甚少。来自东京大学的 Shoichiro Hamamoto团队和京都大学的Akifumi Sugiyama团队使用了一个流体模型来模拟大豆根中分泌的大豆黄苷元的时空分布，并使用在根瘤菌箱中生长的大豆进行了验证。他们还分析了大豆苷元对土壤细菌群落的影响。对大豆苷元分布的模拟表明，它只存在于根表面几毫米范围内。在根瘤菌箱中培养14天后，大豆苷元仅仅存在于根部表面2 mm以内。大豆苷元浓度不同的土壤表现出不同的群落组成，大豆苷元处理过的土壤中α多样性降低。大豆苷元处理土壤的细菌群落比散装土壤的细菌群落更靠近大豆根际。该研究强调了大豆苷元在根表面几毫米范围内的有限分布，并证明了大豆苷元在聚集根际细菌群落方面的新作用，它起着驱虫剂而不是引诱剂的作用。

（本期作者：砖泥）