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利用Plantarray高通量植物生理表型平臺研究轉(zhuǎn)基因番茄

更新時間:2022-05-11 點擊量:1064

Plantarray是一款基于稱重的高通量、多傳感器生理表型平臺以及植物逆境生物學(xué)研究通用平臺。該系統(tǒng)可持續(xù)、實時測量位于不同環(huán)境條件下、陣列中每個植株的土壤-植物-空氣(SPAC)中的即時水流動。直接測量根系和莖葉系統(tǒng)水平衡和生物量增加,計算植物生理參數(shù)以及植物對動態(tài)環(huán)境的反饋。系統(tǒng)以有效、易用、無損的方式針對植物對不同處理的反應(yīng)、預(yù)測植物生長和生產(chǎn)力進行定量比較,廣泛應(yīng)用于生物脅迫和非生物脅迫以及植物栽培加速育種研究等,脅迫研究涵蓋干旱脅迫、鹽脅迫、重金屬脅迫、熱、冷脅迫、光脅迫以及灌溉/養(yǎng)分、CO2指示、植物健康等領(lǐng)域的研究。

之前的研究表明降低赤霉素 (GA) 的水平或信號能夠促進植物對環(huán)境脅迫(包括干旱)的耐受性,但潛在機制尚未明確。在本文中研究了活性 GAs 水平降低對番茄 (Solanum lycopersicum) 植株耐旱性的影響以及造成這些影響的機制。為了降低活性 GAs 水平,我們培育了過度表達擬南芥GA甲基轉(zhuǎn)移酶1(AtGAMT1)基因的轉(zhuǎn)基因番茄。 AtGAMT1 編碼的一種酶,可催化活性 GA 的甲基化以生成無活性的 GA 甲酯。過度表達 AtGAMT1 的番茄植株表現(xiàn)出典型的 GA 缺乏表型特征以及對干旱脅迫的耐受性增加。 GA應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因植物恢復(fù)了正常生長和對干旱的敏感性。在干旱條件下,轉(zhuǎn)基因植株由于全株蒸騰作用的減少而保持了較高的葉片水分狀態(tài),氣孔導(dǎo)度的降低造成了蒸騰作用的降低。 GAMT1的過度表達抑制了葉表皮細胞的增殖,導(dǎo)致氣孔減少而形成更小的氣孔毛孔。在干旱條件下,GA活性降低、蒸騰作用減少的植物可能較少遭受葉片干旱,從而保持較高的能力和恢復(fù)率。

關(guān)鍵詞:干旱脅迫;GAMT1;番茄;蒸騰

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圖1. 在灌溉和干旱脅迫下,AtGAMT1過度表達降低了整個植株的蒸騰作用

圖1表明與對照植物相比,蒸騰作用降低的轉(zhuǎn)基因植株可以更緩慢地利用土壤中的水分,因此持續(xù)的時間更長。通過實驗確定蒸騰作用的降低以及土壤中水分利用率的增加是 GAMT1 過表達植株對干旱耐受性增加的原因。

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圖2. AtGAMT1過度表達減少了葉片大小,增加了氣孔密度

葉面積減少(圖2)可能是轉(zhuǎn)基因植物整株蒸騰量降低的主要原因。盡管 AtGAMT1 的過表達對葉片數(shù)量沒有影響,但它減緩了小葉葉片的生長,所有轉(zhuǎn)基因品系的整株葉面積都小于對照植物的葉面積(圖2)。用顯微鏡分析了葉背面的表皮組織,該分析顯示所有轉(zhuǎn)基因品系中的氣孔密度高于對照葉片中的氣孔密度。轉(zhuǎn)基因株系的氣孔面積與其表型嚴重程度和全株蒸騰速率密切相關(guān)。以上結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因植株中蒸騰速率的降低是由于氣孔導(dǎo)度的降低造成的。 

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