Plant Soil西南大学：NMT发现镁通过调节IAA极性运输促根冠微区碱化缓解杨树铝毒

基本信息

主题：NMT发现镁通过调节IAA极性运输促根冠微区碱化缓解杨树铝毒

期刊：Plant and Soil

影响因子：3.299

研究使用平台：NMT重金属创新平台

标题：Magnesium alleviates aluminum toxicity by promoting polar auxin transport and distribution and root alkalization in the root apex in populus

作者：西南大学李楠楠、张圳

检测离子/分子指标

H⁺(pH)，IAA

检测样品

杨树根
IAA：根尖（根冠至300 μm处）

H⁺(pH)：距根尖0、300、600、900、1200、1500、1800 μm根表上的点

中文摘要（谷歌机翻）

杨树能耐受高浓度Al胁迫。然而，Mg减轻Al毒作用的机制尚不清楚在白杨树上仍然是未知的。

在本研究中，提供足够的Mg高浓度Al对杨树的毒害作用胁迫、根表pH梯度、Mg和Al通过电生理分析、荧光染色等方法检测根尖的摄取量，生长素分布与转运动力学在根尖也检测到了。

在本研究中，我们发现适当的Mg供应可以减轻高浓度Al对杨树根系生长的毒害。Mg促进了杨树根表pH梯度的升高，导致根系过渡带发生碱化，防止了Al对根系伸长的毒害作用。用DR5:GFP报告子测定了生长素在杨树根尖的分布。Al毒害抑制了极性生长素在根过渡区的运输和分布，但Mg的供应则部分缓解了这种作用。用非损伤微测技术（NMT）对生长素转运蛋白突变体pin-format-2（pin2）进行进一步的检测，结果表明Mg通过PIN2基生长素极性转运，调节过渡区根表碱化，减轻Al毒。mrs2突变体的转录组分析和酵母互补实验也揭示了Mg、生长素和Al之间的相同关系。

目前的研究表明，Mg促进生长素的极性运输和分布导致根表面pH值调节升高，以及进一步减轻Al毒性。我们的部分结果阐明Mg的解毒作用机理木本植物中高浓度的Al。

离子/分子流实验处理方法

3-4周龄杨树苗放到0.5 mM CaCl₂溶液中（pH 4.0）进行酸适应3 h，然后在4种不同处理下（对照、+Mg (1.5 mM)/+Al (500 μM)、-Mg/-Al、-Mg/+Al）处理2 d。

离子/分子流实验结果

图1.杨树根尖IAA流速变化

图2. Mg缺乏和Al毒害引起根轴pH分布的变化抑制了杨树根分生区表面的碱化

其他实验结果

• Mg的供给对杨树抗Al胁迫有缓解作用。

• 在缺Mg条件下的植物根部有更多的Al积累。另外，在没有Al处理的情况下，在缺Mg和充足Mg条件下，Mg的累积几乎没有差异。然而，在Al处理下，有足够Mg的植物根中的Mg积累明显高于缺Mg植物。同时，在Mg供应充足的培养基中，与-Al处理相比，Al胁迫下根系中Mg的累积量较少。

• Al³⁺主要分布在根尖中，Mg的存在阻止了Al在植物根系中的积累。
  

• 转录组测序结果表明大多数与细胞壁修饰相关的基因存在差异表达。

• 检测了两个主要柠檬酸输出基因PtrMATE1和PtrMATE2在杨树中的表达水平。Al胁迫下，杨树根尖PtrMATE1表达上调。PtrMATE2在缺Mg条件下下调，Al胁迫下下调更明显。

• 镁转运蛋白基因PtrMGT1在Mg缺乏和Al胁迫下下调，只有在Mg供应充足和Al胁迫的情况下，PtrMGT2才显著上调。

• Mg改善了植物生长素的极性转运和过渡区植物生长素的分布。

• Mg促进生长素极性运输和Al胁迫下根系过渡带表面碱化的结果在拟南芥中得到证实。

• Mg转运蛋白基因的表达在一定的Mg浓度范围内能在一定程度上减轻Al对植物的生长抑制。

结论

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.3 mM MES, pH 4.0