Plant Journal｜肌醇氧合酶MsMIOX2通过调节细胞壁果胶和半纤维素的生物合成，增强了苜蓿对盐碱胁迫的耐受性

文摘 2024-09-18 13:18 中国香港

盐碱胁迫 / 苜蓿 / 细胞壁 / 肌醇氧合酶

土壤中盐碱的含量过高会引起植物的渗透胁迫和离子稳态失衡，导致活性氧（ROS）的高水平积累，并干扰细胞膜的通透性，从而阻碍植物生长。此外，盐碱胁迫还会破坏植物的叶绿体结构，降低光合作用的效率。

植物已经进化出一个复杂的稳态系统，可通过产生渗透保护剂（如可溶性糖、脯氨酸和多胺），来抵消盐碱胁迫引起的多种不利影响。然而，盐碱胁迫与植物细胞壁组成和结构之间的联系尚不清楚。

包围着细胞膜的细胞壁是植物生物量的主要组成部分，并保护植物细胞免受多种外部压力的侵害。细胞壁是一个复杂且动态的结构，由纤维素、半纤维素、果胶和蛋白质组成。果胶可以通过其结构和交联特性的变化影响细胞壁的水合作用和孔隙率，从而有助于提高植物的耐盐性。果胶中的羧基还可以与盐胁迫下的主要有毒离子Na⁺结合，防止其进入细胞质，从而维持正常的细胞代谢和生长。此外，半纤维素多糖在植物耐盐胁迫中也发挥了作用。然而，盐碱胁迫对植物细胞壁果胶和半纤维素含量的影响仍然不清楚。

肌醇（Myo-inositol, MI）是一种环状多元醇，在调节细胞代谢过程中起着至关重要的作用。MI及其衍生代谢物在所有真核生物中广泛分布，并在细胞壁多糖生物合成和氧化应激相关分子产生等植物生理过程中发挥重要作用。肌醇氧合酶（MI oxygenase, MIOX）是一种限速酶，不可逆地将MI转化为D-葡糖醛酸（D-GlcA），进而被葡糖苷酸激酶和UDP-糖基焦磷酸化酶转化为UDP-GlcA。

UDP-GlcA是参与半纤维素和果胶生物合成的多种核苷酸糖的主要前体，来自该途径的细胞壁多糖约占细胞壁生物量的一半。然而，MIOX相关的多糖合成对细胞壁结构的影响，尚未得到充分理解。

苜蓿（Medicago sativa L.）是一种多年生豆科牧草，其具有产量高、根系发达、固氮能力强、营养丰富和经济价值高的特点。然而，苜蓿生长受到日益增长的土壤盐碱化的抑制，导致苜蓿产量大幅下降。利用基因工程技术对植物细胞壁进行遗传改良，可以增加植物的生长和对环境胁迫的抵抗力。因此，可以通过鉴定关键的细胞壁改良基因，促进植物生长并提高植物对环境胁迫的抵抗力。

2024年9月16日，Plant Journal上线了一篇关于苜蓿耐盐碱机制的研究论文，“MsMIOX2, encoding a MsbZIP53-activated myo-inositol oxygenase, enhances saline–alkali stress tolerance by regulating cell wall pectin and hemicellulose biosynthesis in alfalfa”。该研究揭示了MsMIOX2在盐碱胁迫下对细胞壁果胶和半纤维素生物合成的影响，并鉴定了调控MsMIOX2的上游转录因子MsbZIP53，为阐明苜蓿耐盐碱胁迫的分子机制提供了新的视角。

图1. 盐碱胁迫诱导了苜蓿中MsMIOX2的表达和MIOX的活性

在这项研究中，盐碱胁迫显著上调了苜蓿叶片和根部中的MsMIOX2表达水平，并分别在6小时和24小时达到峰值（图1A）。与MsMIOX2表达一致的是，盐碱胁迫下苜蓿叶片中的MIOX活性显著增加（图1B）。在本氏烟草叶片中的亚细胞定位表明，MsMIOX2是一个定位于核和质膜的蛋白（图1C）。GUS染色的结果显示，MsMIOX2启动子会被盐碱胁迫激活（图1D，E）。这些结果表明MsMIOX2可能参与了盐碱胁迫响应。

图2. 过表达MsMIOX2增强了苜蓿对盐碱胁迫的耐受性

在正常生长条件下，野生型（WT）、MsMIOX2-RNAi和MsMIOX2-OE株系之间没有观察到表型差异。然而，在盐碱胁迫之后，WT的叶片萎蔫且顶端弯曲，而MsMIOX2-OE株系仅表现出轻微的叶片萎蔫和顶端直立。相反，MsMIOX2-RNAi株系表现出严重的叶片萎蔫、坏死以及严重抑制的生长（图2A）。

在盐碱胁迫条件下，过表达株系的株高和鲜重显著高于WT，而基因沉默株系则低于WT（图2B,C）。在对照条件下，MsMIOX2-OE的MIOX活性高于WT，并进一步高于MsMIOX2-RNAi。在盐碱胁迫后，所有植株的MIOX活性均有升高，但相对的活性趋势不变（图2D）。这些结果表明MsMIOX2正向调控苜蓿对盐碱胁迫的抗性。

图3. WT、MsMIOX2-RNAi和MsMIOX2-OE在对照和盐碱条件下的生理指标

进一步的研究表明，MsMIOX2的过表达在盐碱胁迫下正面调节了苜蓿的抗氧化系统和光合作用。

图4. MsMIOX2在盐碱条件下影响了细胞壁中果胶和半纤维素的生物合成及细胞壁厚度

同时，MsMIOX2表现出的肌醇氧合酶活性，增加了多糖含量，促进了果胶和半纤维素的生物合成，并增加了细胞壁厚度。然而，MsMIOX2的RNAi株系中减少了细胞壁厚度，从而降低了苜蓿对盐碱胁迫的耐受性。

图5. MsbZIP53结合并激活了MsMIOX2的启动子

此外，通过酵母单杂交、电泳迁移率变化分析、双荧光素酶和β-葡糖醛酸酶分析，鉴定了MsbZIP53作为MsMIOX2的上游转录调控因子。

图6. MsbZIP53通过激活MsMIOX2的表达正面调节了苜蓿的盐碱胁迫耐受性

MsbZIP53的过表达会增加MsMIOX2的表达，从而提高了MIOX的活性，加强了抗氧化系统和光合作用，并增强了苜蓿对盐碱胁迫的耐受性。

图7. MsMIOX2在盐碱胁迫下的工作模型

总之，该研究为阐明苜蓿耐盐碱胁迫的分子机制提供了新的视角，并强调了MsMIOX2在苜蓿育种中的潜在应用。

后台留言，可索取原文

欢迎转载

- The End -

点“在看”给我一朵小黄花

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzk0NTIxODcxMQ==&mid=2247502458&idx=1&sn=43fb39523882243bc5336a18b16029f4

植物逆境适应研究

欢迎来到《植物逆境适应研究》，我们专注于粮食作物在各种胁迫下的适应性研究，分享最新学术成果、前沿知识和技术进步。希望与大家一起，探索植物在面对逆境时的自我调节机制，欢迎投稿、留言和转发，让我们共同成长！

学术会议｜2024全国旱作农业发展与产能提升研讨会（海南三亚）

Plant Journal｜lncRNA通过调控靶标mRNA的表达和作为miRNA的内源靶标模拟物来影响花粉的发育

Cell Reports｜四倍体油茶基因组的发布助力物种进化及农艺性状研究

招聘启事｜弗吉尼亚大学生物化学与分子遗传学系唐上明课题组诚招研究助理及博士后

PPB｜花椒ADH1基因对渍水胁迫的保守转录调控机制

农业科普｜花生过敏：东西方饮食差异下的健康谜题

Plant Communications｜OsMADS1通过调节单糖到胚乳的装载来影响水稻的粒厚和品质

名词解释｜什么是RIL系和NIL系

创作者心声｜公众号运营中的困境与对策

Plant Journal｜敲除β-伴大豆球蛋白的亚基可以改变种子的蛋白质组成，并提高大豆的耐盐性

Plant Journal｜同时激活AMT-GOGAT1可提高氮限制条件下水稻的氮利用效率

特邀发布！植物研究必不可少的技术，微生物组学、基因组学、代谢组学、基因编辑技术

Ornamental Plant Research｜细胞遗传学和表观遗传学合集

Nature Plants｜RNA修饰在水稻翻译重编程中调控抗病性的新机制

Ornamental Plant Research｜观赏植物的非生物胁迫合集

干货转载｜植物数字化网站集合[国际篇]

Beverage Plant Research｜茶树抗逆合集

New phytologist｜对NF-YC4启动子的基因编辑提高了高蛋白水稻和大豆的产量

PCE｜V-ATPase可以与VPT蛋白合作，在亚细胞和系统两个层面上调节Pi稳态

Nature Communications｜VIG1基因上的一个点突变促进了水稻的发育和耐冷性

Developmental Cell｜维持根尖分生组织活性的核心转录因子PLT参与了盐胁迫响应

Plant Journal｜肌醇氧合酶MsMIOX2通过调节细胞壁果胶和半纤维素的生物合成，增强了苜蓿对盐碱胁迫的耐受性

Plant Physiology｜拟南芥膜蛋白AMAR1介导的细胞凋亡机制

Nature Communications｜HASTY介导的miRNA动态调控了拟南芥中缺氮诱导的叶片衰老

重磅！农大博士再发Nature Plants，破解百年难题，植物领域研究迎来新篇章！

高校建设｜中国现代农业联合研究生院的最新进展！

Rice Science｜OsHAG1调控了砷元素在水稻籽粒中的分配与积累

会议通知｜2024全国药用植物资源创新研究与发展研讨会

干货转载｜植物数字化网站集合 [国内篇]

Molecular Plant｜OsNAC41-RoLe1-OsAGAP模块通过调控生长素运输促进了旱稻的根系发育和抗旱性

Plant Biology｜小肽OsS1Fa1的跨膜结构域决定了其亚细胞定位和水稻的抗旱性

Fruit Research｜论文合集：非生物胁迫

PPB｜水稻乳酸脱氢酶OsLdh7参与Cd胁迫条件下NAD+/NADH调控及胁迫恢复

PCE｜AtCIPK20通过调节微管稳定性来介导拟南芥在干旱胁迫下的气孔关闭

New Phytologist||植物必需八大微量营养素关键生理功能与缺乏症状的关联

TIA ｜论文合集：土壤健康与养分管理

Nature Plants｜植物与真菌的合谋：猎杀昆虫，共享盛宴

实验方法｜从入门到精通：从RNA质控到数据处理的实时荧光定量PCR全攻略

Nature Communications｜蛋白复合体RAE1-STOP1-GL2-RHD6调控拟南芥铝胁迫耐受性的分子机制

The Innovation｜地球上存在的“三体生物”——齿肋赤藓，可脱水休眠并耐受各种极端环境

JIPB｜MRP5和ITPK4双突变在不损害拟南芥耐盐性的同时，降低了种子中的植酸含量

Nature Plants｜作物改良不再需要“转基因”

PCE｜OsCIBL1通过与OsCRY2相互作用并依赖于蓝光信号激活Ehd1基因的表达，从而促进了水稻开花

西北农林科技大学旱地土壤培肥与高效施肥团队研制出多种元素含量分析的标准小麦粉样品

Plant Journal｜转录因子GLABRA2激活了紫花苜蓿种皮中原花青素的生物合成

New Phytologist｜玉米与丛枝菌根共生关系下的磷锌拮抗效应

Nature Communications｜CIPK6同源基因在调控棉花抗旱性中的进化与亚功能化

Nature Communications｜西湖大学李小波团队在硅藻中发现了蓝光感受器AUREO1c及其光保护机制

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉