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Plant physiology|南京农业大学揭示过氧化氢介导富氢水减少植物根系镉吸收

Plant physiology|南京农业大学揭示过氧化氢介导富氢水减少植物根系镉吸收

南京农业大学的研究人员于Plant PhysiologyIF:6.902上发表了一篇题为“Calcium-Dependent Hydrogen Peroxide Mediates Hydrogen-Rich Water-Reduced Cadmium Uptake in Plant Roots”的研究文献,该文献揭示了钙依赖性过氧化氢介导富氢水减少植物根系中的镉吸收。

文章来源

背景:

氢可能在植物的发育和适应性反应中发挥信号作用,包括缓解土壤镉吸收的有害影响。本实验研究了白菜中镉毒害作用的影响因素,研究表明外源施用富氢水(HRW)可减少镉的净吸收和积累。结果取决于钙离子(Ca2+)跨越质膜的运输和过氧化氢(H2O2)的质外生成呼吸爆发氧化酶同系物(BcRbohD)

结果:

镉刺激H2释放和产生

使用氢针传感器研究了镉对白菜幼苗内源H2产生的影响。结果表明,当根用Cd处理时,叶片中内源H2浓度迅速增加。

镉促进小白菜幼苗H2释放和生长的研究

1.镉促进小白菜幼苗H2释放和生长的研究

 

HRW减轻Cd胁迫诱导的白菜幼苗的生长抑制

为了研究H2是否对Cd胁迫下的植物生长有影响,进行了表型和活力染色分析。在没有镉胁迫的处理中,在根尖中几乎没有发现损坏的细胞。用HRW预处理可以减轻Cd诱导的细胞损伤,但是,HRP的这种积极作用被DPI协同处理所抵消。

HRW预处理缓解镉胁迫诱导的小白菜幼苗生长抑制和根系损伤

2.HRW预处理缓解镉胁迫诱导的小白菜幼苗生长抑制和根系损伤

HRW减少了白菜根中的Cd流入和积累

当与Cd一起施用时,HRW的有益作用不那么强,因此直接作用的可能性不大。进一步研究了HRW处理时间对根部Cd2+吸收的影响,与未处理的根相比,Cd2+净流入量要低得多。

从根的上游和成熟部位测得的瞬变和稳定的Cd2+通量

3.从根的上游和成熟部位测得的瞬变和稳定的Cd2+通量

 

NADPH氧化酶产生的H2O2介导HRW诱导的根吸收Cd2+的减少

使用MIFE技术研究了HRWCd的影响。在HRW预处理的植物中,Cd诱导的H2O2积累变化的更为巨大。H2O2的增加DPI协同处理完全抵消了HRW处理诱导的细胞凋亡。然后研究了CdNADPH氧化酶基因的转录水平的影响。暴露于镉导致BcRbohD明显上调转录,HRWDPI共同处理会严重下BcRbohD转录。

HRW影响H2O2的产生和基因表达

4.HRW影响H2O2的产生和基因表达

 

胞质Ca2+是普遍存在的第二信使,在这项研究中,添加HRW导致伸长和成熟根区都有快速的Ca2+流入。这些结果暗示Ca2+参与HRW减少的Cd吸收。加入H2O2导致Ca2+迅速增加从根伸长区流出。

HRW、Cd和H2O2对白菜根伸长区和成熟区Ca2+通量和积累的影响

5.HRCdH2O2对白菜根伸长区和成熟区Ca2+通量和积累的影响

 

使用了两种Ca2+通道抑制剂(Gd3+La3+)来进一步验证Ca2+作为植物根部Cd2+转运体HRW信号转导成分的作用。结果表明在Cd条件下HRW激活了Ca2+通道,HRd预处理诱导Cd胁迫BcIRT1表达下调被Gd3+协同处理完全抵消。

白菜幼苗根系基因表达、净Ca2+、Cd2+含量及H2O2含量分析

6.白菜幼苗根系基因表达、净Ca2+Cd2+含量及H2O2含量分析

 

结论:

这项研究的结果表明存在新的机制,该机制解释了H2对植物中Cd毒性的改善作用,即H2控制RbohD编码的NADPH氧化酶的表达水平和活性,在IRT1上游运行并调节根部Cd吸收的基因。外源施用HRW有效使细胞内H2产生的增加,因此加速和增强了上述H2的作用。

 

参考文献:

Dell’Aglio E, Giustini C, Kraut A, Couté Y, Costa A, Decros G, Gibon Y,Mazars C, Matringe M, Finazzi G, et al (2019) Identification of theArabidopsis calmodulin-dependent NAD 1 kinase that sustains theelicitor-induced oxidative burst. Plant Physiol 181: 1449–1458

Ali B, Gill RA, Yang S, Gill MB, Farooq MA, Liu D, Daud MK, Ali S,Zhou W (2015) Regulation of cadmium-induced proteomic and meta-bolic changes by 5-aminolevulinic acid in leaves of Brassica napus L.PLoS One 10: e0123328

Bai X, Liu L, Zhang C, Ge Y, Cheng W (2011) Effect of H 2 O 2 pretreatment on Cd tolerance of different rice cultivars. Rice Sci 18: 29–35


本研究受到国家自然科学基金项目资助。


文献链接:www.plantphysiol.org/cgi/doi/10.1104/pp.20.00377

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Plant physiology|南京农业大学揭示过氧化氢介导富氢水减少植物根系镉吸收
南京农业大学的研究人员于Plant Physiology(IF:6.902)上发表了一篇题为“Calcium-Dependent Hydrogen Peroxide Mediates Hydrogen-Rich Water-Reduced Cadmium Uptake in Plant Roots”的研究文献,该文献揭示了钙依赖性过氧化氢介导富氢水减少植物根系中的镉吸收。
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实验

服务简介
一、酵母单杂交

酵母单杂交技术是在酵母双杂基础上发展而来的一种研究核酸-蛋白相互作用的工具,被广泛用于研究真核细胞内基因的表达调控,如鉴别DNA结合位点发现潜在的结合蛋白基因、分析DNA结合结构域信息等。

 

 二、酵母双杂交

酵母双杂交及系统是一种鉴定和检测活细胞内蛋白质相互作用的研究方法,是在真核模式生物酵母中进行的,因其具有灵敏性高、功能强大、适用范围广等特点,现已被应用于多个研究领域。分为膜蛋白和核蛋白双杂交。


应用领域
植物:自交不亲和机理研究

病毒:朊蛋白、病毒蛋白相互作用蛋白筛选

信号通路:转录因子、雌激素α受体相互作用蛋白筛选

癌症医学:癌症相关蛋白、凋亡相关蛋白相互作用蛋白筛选

寄生虫医学:毒力因子致病机制研究、半乳糖凝集素互作蛋白筛选

基础原理研究:肌球蛋白、蛋白酶体调节因子相互作用蛋白筛选、受精卵发育

   

项目名称

内容

交付标准

服务周期

酵母双杂文库构建

RNA提取、反转录、 cDNA处理、基因与载体的连接、文库质粒提取、文库产品指标

酵母双杂交文库甘油菌、酵母双杂交文库质粒、文库构建报告、文库构建图片

25个工作日,如需转化酵母延长15个工作日

酵母双杂文库筛选

诱饵质粒构建与活测、与双杂库共转感受态酵母、文库筛选、阳性克隆鉴定、回转验证

完整的筛库流程实验报告、鉴定出的阳性克隆测序

2个月左右

 

订购信息

 

文库构建流程

总RNA提取——mRNA分离——cDNA合成——基因与载体的连接——文库质粒提取——文库产品指标

单/双杂筛选流程

诱饵质粒构建与活测——与单/双杂库共转感受态酵母——文库筛选——阳性克隆鉴定——回转验证——报告整理

 

样品要求
细胞样本:细胞数量大于1×10^7;动物样本:大于1 g;植物样本:大于2 g;总RNA:大于200 µg
筛选服务:客户提供诱饵基因或构建好的诱饵质粒

 案例分析

1载体构建
根据客户提供序列构建 BD 重组载体,进行引物设计和测序验证。
2自激活检测结果

  

                                     pGADT7-LargeT/pGBKT7-p53 为阳性对照

                               pGADT7-LargeT/pGBKT7-LaminC 为阴性对照

实验现象结论

对照菌株在 SD-TL 缺陷平板上都能正常生长,而仅有阳性对照可在 SD-TLHA缺陷平板生长。pGADT7+pGBKT7-ABC 转化子中随机挑选的 6 个菌落在 SD-TLHA 缺陷平板上不能生长,生长状态同阴性对照,因此不存在自激活。

结果:ABC 诱饵克隆没有自激活作用。

3文库筛选

4阳性克隆鉴定

 

      筛库阳性克隆 ADE2 和 HIS3 报告基因检测

编号 1-34 分别是筛到的 34 个初始阳性克隆,编号“+”为阳性对照,编号“-”为阴性对照。

 

在 ADE2 和 HIS3 报告基因的检测结果中,可以看到,阳性对照在SD-TL和SD-TLHA 都能正常生长,而阴性对照由于不会激活 ADE2 和 HIS3 报告基因,在 SD-TL 可以正常生长,但在缺少 Histidine 和 Adenine 这两种成分的 SD-TLHA 平板上不能生长。因此,在34个初始阳性克隆中,除 4、8、26、28、30、32、33、34 号之外均能在SD-TLHA 生长,表明激活了HIS3和ADE2 报告基因。

 

5)回转验证

 

阳性克隆回转验证 His Ade 报告基因检测

 

15 种阳性克隆在SD-TLSD-TLHA 缺陷平板的生长情况。标注“+”为阳性对照,标注“-”为阴性对照。

 

结果显示,15 个阳性克隆中 22 号不能激活 HIS3 ADE2 报告基因;其余均能激活 HIS3 ADE2 报告基因。

 

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