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如何利用Plantarray高通量植物生理表型平臺提高植物抗逆性和產(chǎn)量

更新時間:2022-05-12 點(diǎn)擊量:1331

異水植物被認(rèn)為比等水植物更耐旱。然而,決定植物水勢在白天是否保持不變的分子機(jī)制尚不清楚,而與蒸發(fā)需求量無關(guān)(等水植物與異水植物)。假設(shè)水通道蛋白參與了決定植物等水閾值的分子機(jī)制。利用計算挖掘出一個關(guān)鍵的液泡膜水通道蛋白,液泡膜固有蛋白2;2(SlTIP2;2)在番茄(Solanum lycopersicum)水通道蛋白多功能基因大家族中,基于其對非生物脅迫的誘導(dǎo)而被選擇。SlTIP2型;2株轉(zhuǎn)化植株(TOM-SlTIP2;2) 在細(xì)胞水平和全株水平上與對照進(jìn)行了比較。SlTIP2的組成性表達(dá);2提高了細(xì)胞的滲透水的滲透性和植株的蒸騰速率。在干旱條件下,這些植物比對照植物的蒸騰量大,持續(xù)時間更長,達(dá)到了較低的相對含水量,這是異水植物的特征。在連續(xù)3年的商業(yè)溫室試驗(yàn)中,TOM-SlTIP2;2在正常和水分脅迫條件下,果實(shí)產(chǎn)量、收獲指數(shù)和植株質(zhì)量均顯著高于對照。綜上所述,控制液泡膜透水性的調(diào)控機(jī)制可能在確定整個植物的水分閾值,從而決定其非生物脅迫耐受性方面發(fā)揮作用。

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圖1. 番茄液泡膜內(nèi)在蛋白2的經(jīng)濟(jì)果實(shí)總產(chǎn)量、植株生物量和收獲指數(shù);2(SlTIP2;2) -轉(zhuǎn)化(TOM-SlTIP2;2)(黑框)與對照(白框)在200mMNaCl灌溉制度下或在兩種不同水分脅迫條件下在商業(yè)溫室中生長的植物

在鹽脅迫田間試驗(yàn)中,轉(zhuǎn)基因和對照番茄植株連續(xù)灌溉含有180-200 mM NaCl的水。TOM-SlTIP2;2植株在兩次田間試驗(yàn)中的平均活力均高于對照植株,表現(xiàn)為較大的植株,葉片和較輕的莖壞死癥狀(圖1j),并且比對照植株積累了更高的果實(shí)產(chǎn)量(圖1a)。水分脅迫下,TOM-SlTIP2;2植物的生物量顯著高于對照植物(26%)(圖1),這也與相對輕度(WLI-1)和更嚴(yán)重(WLI-2)缺水脅迫下的果實(shí)產(chǎn)量的顯著(高達(dá)21%)增加有關(guān)。此外,TOMS1TIP2;2植株的收獲指數(shù)顯著高于(20%)輕度水分脅迫下的對照(WLI-1),與更嚴(yán)重干旱脅迫下的對照植株(WLI-2)的收獲指數(shù)相似;圖 1f)。

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圖2. 番茄液泡膜內(nèi)源蛋白2的相對蒸騰速率;2(SlTIP2;2) -轉(zhuǎn)化(TOM-SlTIP2;2)(黑框)與對照(白框)在商業(yè)溫室盆栽中生長的植物

為了進(jìn)一步闡明這種調(diào)節(jié)功能對整株植物水分平衡的影響,試驗(yàn)測量了在有利的生長條件以及鹽、水分脅迫下的整株蒸騰速率。在施用 100 mM NaCl后的第1天和第3天,在正常生長條件下,TOM-SlTIP2;2-轉(zhuǎn)基因植物的蒸騰速率和相對蒸騰作用顯著高于對照植物(圖2a、b)(圖2c、d),以及從該鹽脅迫恢復(fù)的第一天(圖2e)。一旦消除鹽分脅迫,植物就會恢復(fù)到脅迫前的蒸騰水平(圖2e)。盡管水分脅迫顯著降低了所有植物的蒸騰水平,但TOM-SlTIP2的相對蒸騰水平在葉片膨大損失點(diǎn)(圖2f)之前,兩株植物顯著高于對照植物,與對照植物相似(圖2g),從水分脅迫恢復(fù)后與對照植物相似(圖2h)。此外,與對照植物相比,TOM-S1TIP2;2植物中有明顯更大的氣孔孔徑,可能解釋TOM-S1TIP2;2植株更高的蒸騰作用。與遭受干旱脅迫的對照植物相比,這種較高且持續(xù)時間較長的失水導(dǎo)致TOM-SlTIP2的相對含水量較低。

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