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

文摘   2024-08-30 12:12   中国香港  

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2024年8月2号,来自印度尼赫鲁大学的科学家团队,在国际知名植物学期刊Plant Physiology and Biochemistry上在线发表题为OsLdh7, a rice lactate dehydrogenase confers stress resilience in rice under cadmium stress through NAD+/NADH regulation”的研究论文,揭示了乳酸脱氢酶参与镉胁迫的分子基础。


乳酸脱氢酶是一类氧化还原酶,能够催化丙酮酸转化为乳酸,这类酶过去曾作为ROS信号的传感器,能够维持NAD+/NADH稳态来缓解应激反应。
近年来的研究表明,多个转运蛋白参与重金属镉的转运和耐受反应。其中的Ldh家族蛋白,能够在ROS稳态等多种生理过程中发挥作用。作者在前期的研究中,通过qPCR检测,发现OsLdh7在乳酸脱氢酶酶家族蛋白中扮演重要的角色。
图1. OsLdh7过表达株系和野生型的幼苗在镉处理前后的表型

该研究首先通过体外纯化OsLdh7蛋白,并外源施加丙酮酸和L-乳酸作为底物,计算出了体外反应的最适浓度和酶活最适温度。此外,作者还分别绘制了这两个底物的酶动力曲线。

随后,在植物体内过表达OsLdh7,并获得了2个不同的株系。在用100 μM的镉进行处理7天后,发现相较于野生型,过表达株系出现明显的镉抵抗表型。

图2. OsLdh7过表达株系的ROS稳态受到了镉处理的显著影响
检测结果表明,过表达株系的OsLdh7酶活在镉处理后发生显著增加,而电导率则显著降低,同时叶绿素含量和含水量相对较高。
通过进一步的检测发现,过表达株系在镉处理后,大部分正调控ROS稳态相关的酶都出现了显著上调;而相较野生型,过表达株系的MDA及H2O2含量在镉处理后出现明显下调。
这些结果表明OsLdh7能够提高抗氧化的防卫反应。
图3. OsLdh7过表达株系和野生型在抽穗期的表型

在对抽穗期水稻进行镉处理后,表型统计结果表明,随着镉处理时间增加,过表达OsLdh7能够提高水稻对镉的耐受性,而经过3天和25天恢复后,其表型表现远好于野生型。

作者还检测了这些材料的NAD+、NADH水平,在镉处理恢复前后,它们在过表达OsLdh7的株系中均高于野生型。而镉在野生型中的含量,远高于过表达株系,说明过表达OsLdh7能够抑制植物对镉的吸收与转运。

作者进一步检测处理前后过表达株系和野生型的光合效率,结果发现在镉处理条件下,过表达株系的光合效率降低程度不如野生型,说明过表达OsLdh7可能通过保护水稻光合系统发挥作用。

图4. 乳酸脱氢酶参与调控水稻镉胁迫响应的分子机理

最后,综合本研究和其他前人研究的结果,提出了乳酸脱氢酶帮助提高水稻镉耐受的分子调控模式图。为未来培育低镉水稻品种提供新的基因资源和选育思路。

解读供稿:水稻所  辰亭笙


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