基本信息

主题：PCE西农张显团队：NMT发现褪黑素抑制ABA引发的叶肉排K+ 为褪黑素通过抑制细胞程序性死亡延缓甜瓜叶片衰老提供证据

(资料图片)

期刊：Plant, Cell and Environment

影响因子：7.947

研究使用平台：NMT植物营养创新平台

标题：Melatonin delays ABA‐induced leaf senescence via H₂O₂‐dependent calcium signalling

作者：西北农林科技大学李好，郭延亮 ，张显

获奖情况：该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”二等奖

检测离子/分子指标

K⁺

检测样品

甜瓜叶片叶肉细胞

中文摘要

叶片早衰限制作物生长而降低作物产量和品质。褪黑素已被证明可以延缓叶片衰老；然而，其潜在的机制仍然不清楚。我们发现褪黑素可以抵消脱落酸（ABA）的作用，保护了光系统II，延缓在光照下附着的成熟叶片的衰老。褪黑素诱导了甜瓜respiratory burst oxidase homolog D（CmRBOHD）的表达，促进H₂O₂积累。褪黑素和H₂O₂都诱导了细胞质中自由Ca²⁺([Ca²⁺]_cyt)的积累，而Ca²⁺通道抑制剂抵消了褪黑素和H₂O₂延缓ABA诱导叶片衰老的作用。在拟南芥中过表达甜瓜CmRBOHD会诱导[Ca²⁺]_cyt积累并延缓叶片衰老，而缺失CmRBOHD的同源基因AtRBOHD则会抑制褪黑素诱导的[Ca²⁺]_cyt积累并延缓ABA诱导的拟南芥叶片衰老。此外，褪黑素、H₂O₂和Ca²⁺减弱了ABA诱导的K⁺外排和细胞死亡。CmRBOHD异源过表达和AtRBOHD基因缺失分别抑制和促进ABA诱导的K⁺外排。综上所述，我们的研究揭示了一种新褪黑素延缓衰老的机制，褪黑素诱导RBOHD的表达和H₂O₂的产生，促进[Ca²⁺]_cyt积累，抑制K⁺外流和细胞程序性死亡，进而延缓ABA诱导的叶片衰老。

离子/分子流实验处理方法

甜瓜幼苗和拟南芥用100 μM褪黑素、1 mM H₂O₂和20 mM CaCl₂预处理甜瓜幼苗12 h，检测K⁺离子时，先在测试液中检测5分钟作为对照，然后替换含有1 mM ABA的测试液中进一步记录K⁺流速10分钟

离子/分子流实验结果

1 mM ABA刺激显著诱导了甜瓜叶片叶肉细胞内K⁺外排，褪黑素、H₂O₂和CaCl₂处理减弱了ABA诱导的K⁺外排。在ABA刺激下，褪黑素、H₂O₂和CaCl₂预处理的叶肉细胞最大K⁺外排流速分别比对照低63.2%、81.1%和78.0%（图A）。另外，1 mM ABA刺激还显著诱导拟南芥叶片叶肉细胞内K⁺外排，AtRBOHD突变体明显促进ABA诱导的K⁺外排，而CmRBOHD在拟南芥中过表达减弱了ABA诱导的K⁺外排。在ABA刺激下，atrbohd突变体的最大K⁺流出量增加了2.3倍，而CmRBOHD过表达系#1、#2和#3的最大K⁺外排流速分别比野生型拟南芥低255.1%、63.0%和23.4%（图B）。

图1.褪黑素、H₂O₂或Ca²⁺对ABA处理下细胞K⁺流速的影响

其他实验结果

• 褪黑素通过拮抗ABA，增加光合能力，延缓附着的成熟叶叶片的衰老。

• Ca²⁺信号在褪黑素拮抗ABA延缓叶片衰老中起着关键作用。

• RBOHD介导的H₂O₂信号是褪黑素诱导的[Ca²⁺]_cyt积累和拮抗ABA所必需的。

结论

褪黑素诱导CmRBOHD的表达和H₂O₂的积累，H₂O₂的增加诱导了[Ca²⁺]_cyt积累，进一步抑制了K⁺的外排和细胞程序性死亡，从而延缓ABA诱导的附着成熟叶片的衰老，该项研究首次表明RBOHD‐依赖的H₂O₂信号和[Ca²⁺]_cyt信号通路参与了褪黑素拮抗ABA的作用以延缓叶片衰老。

测试液

0.2 mM CaCl₂, 0.5 mM KCl, pH 5.8

NMT仪器信息

文章原文：https://doi.org/10.1111/pce.14482

供稿：郭延亮

编辑：叶斌，刘兆义

关键词：K⁺；CmRBOHD；ABA；H₂O₂；甜瓜；叶肉细胞；植物类

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