【成果回顾】MP河北师大:NMT发现胞外ATP通过异源G蛋白、ROS、保卫细胞排Ca2+吸H+调节气孔开放

南城孤友

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2021-08-02

基本信息

主题:NMT发现胞外ATP通过异源G蛋白、ROS、保卫细胞排Ca2+吸H+调节气孔开放

期刊:Molecular Plant

影响因子:12.084

研究使用平台:NMT植物免疫创新平台

标题:Extracellular ATP promotes stomatal opening of Arabidopsis thaliana through heterotrimeric G protein α subunit and reactive oxygen species

作者:河北师范大学尚忠林、郝立华、王伟霞、陈忱

检测离子/分子指标

Ca2+,H+

检测样品

拟南芥保卫细胞

中文摘要(谷歌机翻)

近年来,三磷酸腺苷(ATP)作为一种信号分子存在于植物细胞的细胞器中。胞外ATP(eATP)在植物生长、发育和胁迫耐受性中起着重要作用。在这里,发现细胞外ATP在光照和黑暗中促进拟南芥的气孔开放。ADP、GTP和弱水解ATP类似物(ATPγS、Bz-ATP和2meATP)表现出类似的效果,而AMP和腺苷不影响气孔运动。乙酰酶抑制气孔开放。ATP促进的气孔开放被NADPH氧化酶抑制剂(diphenylene iodonium)或脱氧剂(dithiothreitol)阻断,在NADPH氧化酶的无效突变体(atrbohD/F)中受损。添加的ATP通过NADPH氧化酶触发保卫细胞中ROS的产生。ATP还诱导保卫胞中Ca2+的内流和H+的外排。在atrbohD/F中,ATP诱导的离子流速被强烈抑制。在杂合G蛋白α亚基的空突变体中,ATP促进的气孔开放、胞质ROS生成、Ca2+流入和H+外流均受到抑制。这些结果表明,eATP促进的气孔开放可能涉及异源G蛋白、ROS、胞质Ca2+和质膜H+-ATPase。

离子/分子流实验处理

0.1、0.3、0.6 mM ATP实时处理

离子/分子流实验结果

为了证实Ca2+参与保卫细胞中的eATP信号传导,使用非损伤微测技术(NMT)检测保卫细胞中的Ca2+流速。结果显示,0.6 mM ATP没有显着影响Ca2+流速(图1B)。Col-0的保卫细胞Ca2+流速在小范围内波动。当添加ATP后,Ca2+内流速率在1~2 min后开始增加,在约1 min内达到峰值,然后在随后的3~4 min内恢复到基础水平(图1C)。0.1、0.3、0.6 mM ATP诱导的Ca2+内流速率峰值逐渐增加(图1D)。

为了证实H+-ATPase在eATP信号传导中的作用,利用NMT研究了ATP对保卫细胞中H+外排的影响。作为对照,在样品的测试液中分别加入MES缓冲液、AMP或ATP。结果显示,0.6 mM ATP对H+流速没有明显影响(图1F)。在ATP刺激2~3 min后,H+外排速率增加,在1 min左右达到峰值,然后在随后的3~4 min内恢复到对照水平(图1G)。0.1、0.3、0.6 mM ATP诱导的H+外排速率峰值逐渐增加(图1H)。

图1. ATP刺激拟南芥(col-0)保卫细胞的Ca2+内流和H+外排。正值代表Ca2+、H+外排,负值代表Ca2+、H+吸收。

为了验证ATP刺激保卫细胞中Ca2+内流和H+外排的机制,以Gα和NADPH氧化酶的空突变体为植物材料,分别研究0.6 mM ATP对Ca2+内流和H+外排的影响。在gpa1-1和gpa1-2中,ATP没有促进Ca2+流入(图2A)。gpa1-1和gpa1-2的Ca2+内流速率峰值远低于野生型(P<0.05)(图2B)。与col-0中显着的Ca2+内流相比,0.6 mM ATP仅能诱导atrbohD/F中微弱的Ca2+内流(图2C)。对0.6 mM ATP处理的响应,atrbohD/F中Ca2+内流的峰值速度明显低于野生型(P<0.05)(图2D)。

为了验证异源三聚体(Heterotrimeric)G蛋白和ROS在ATP刺激H+外排中的作用,研究了ATP对gpa1-1、gpa1-2和atrbohD/F中H+外排影响。两个突变体均未观察到相应野生型ATP刺激的H+外排。在gpa1-1和atrbohD/F中,0.6 mM ATP处理后H+外排速率仅略有增加(图2E, G)。ATP处理前后的H+外排速率峰值进一步证实Gα或NADPH氧化酶功能丧失导致缺乏对ATP的响应(图2F, H)。

图2. 异三聚体G蛋白和活性氧物质参与ATP刺激的Ca2+内流和H+外排。正值代表Ca2+、H+外排,负值代表Ca2+、H+吸收。

测试液

Ca2+:50 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 10 mM MES, pH 6.1H+:0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.5 mM MES, pH 6.1

仪器采购信息

  • 据中关村NMT产业联盟了解,河北地区的沧州市农林科学院于2020年采购了旭月(北京)科技有限公司的非损伤微测系统。

原文链接:https://doi.org/10.1093/mp/ssr095

关键词:非损伤微测技术;Ca2+流;H+流;拟南芥;保卫细胞;信号转导

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