密苏里大学研究人员揭示拟南芥光应激时维管束介导全身活性氧信号

植物和其他多细胞生物能够远距离传输不同的化学和物理信号,有时会穿越整个植株。这些信号协调整个生物体对不同压力、病原体和/或其他刺激的反应,被认为在不同生物体对其环境的适应、防御和适应中起关键作用。在植物中,过多的化学和物理信号从受到胁迫的单叶或根尖(即局部组织)传递到整个植物,些统称为系统信号,包括不同的化学物质和挥发物,例如水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和茉莉酸甲酯(MJ)以及物理信号。近年来,在植物对不同的非生物刺激(如过度光胁迫或伤害)的系统反应中,两个相互关联的信号转导分子(即Ca2+和ROS)的作用被确定,这两个信号进一步显示在植物中从一个细胞到另一个细胞的长距离传播,称为活性氧和钙离子波。

 

近日,美国密苏里大学研究人员在期刊Plant Cell(IF:9.618)上发表文章“Vascular Bundles Mediate Systemic Reactive Oxygen Signaling During Light Stress”,揭示了拟南芥维管束中RBOHD驱动的活性氧产生在介导光胁迫诱导的系统信号和SAA中的关键作用。此外,他们认为在系统信号传递过程中,活性氧、钙、电和液压信号的整合发生在维管束中。

文章来源

 

RBOHD蛋白在拟南芥的几乎所有组织中都有表达,包括表皮、叶肉、气孔和维管束。为了确定在什么组织中的表达对系统活性氧信号至关重要,以响应过度强光(HL)应激的局部处理,用不同的二元载体来补充RBOHD突变体,该载体使用其天然启动子或不同的组织特异性启动子来驱动RBOHD的稳定表达。

图1:在RBOHD突变体中,光胁迫诱导的局部和全身ROS信号与由不同组织特异性启动子驱动的RBOHD互补 

图1:在RBOHD突变体中,光胁迫诱导的局部和全身ROS信号与由不同组织特异性启动子驱动的RBOHD互补


为了确定RBOHD突变体中系统ROS信号的互补是否也恢复了系统转录物表达以响应过度光胁迫,使用ZAT12启动子:荧光素酶报告子在不同对照和互补系的局部和系统组织中测定了ZAT12基因(AT5G59820)的表达。结果表明,在拟南芥对HL胁迫的局部处理的系统反应期间,木质部薄壁组织或韧皮部中的RBOHD表达对于关键光胁迫反应基因ZAT12的系统转录物表达是必需的。

图2:不同组织特异性启动子驱动的RBOHD突变体中光胁迫诱导的局部和系统ZAT12表达与RBOHD的互补

图2:不同组织特异性启动子驱动的RBOHD突变体中光胁迫诱导的局部和系统ZAT12表达与RBOHD的互补

 

系统性信号和系统获得性适应对于植物在不同环境胁迫下的存活是必要的。最近的研究显示,在拟南芥中,光胁迫下由活性氧物质ROS信号介导的系统性响应和SAA发挥了非常关键的作用。这些研究进一步鉴定了呼吸爆发氧化酶同系物蛋白D(RBOHD)是介导快速系统性ROS响应的关键因子。然而,植物中参与系统性ROS信号转导的植物组织和细胞还不清楚,同时参与ROS产生的其他蛋白也不清晰。本文中,作者发现RBOHD在rbohD突变体植株中的韧皮部或木质部薄壁细胞特异性表达能够恢复植株对于局部的光胁迫处理所产生的系统性ROS信号、系统性胁迫响应转录本表达以及SAA。作者进一步发现拟南芥中,RBOHD和RBOHF对于维管束中局部和系统性的ROS信号是必须的。综上,作者的研究显示拟南芥中,RBOHD驱动的ROS在维管束中的生成对于光胁迫诱导的系统性信号和SAA都是非常重要的。另外,本文的研究还表明在系统性信号转导过程中,植物的维管束同时整合了ROS信号、钙信号、电信号以及水力液压信号。

 

参考文献:

【1】Avci, U., Earl Petzold, H., Ismail, I.O., Beers, E.P., and Haigler, C.H. (2008). Cysteine 

proteases XCP1 and XCP2 aid micro-autolysis within the intact central vacuole during

xylogenesis in Arabidopsis roots. Plant J. 56: 303–315.

【2】Basu, D. and Haswell, E.S. (2017). Plant mechanosensitive ion channels: an ocean of

possibilities. Curr. Opin. Plant Biol. 40: 43–48.

【3】Choi, W.G., Miller, G., Wallace, I., Harper, J., Mittler, R., and Gilroy, S. (2017). Orchestrating rapid long-distance signaling in plants with Ca2+, ROS and electrical signals. Plant J. 90: 698–707.


文献链接:http://www.plantcell.org/content/early/2020/09/15/tpc.20.00453

读原文

 

密苏里大学研究人员揭示拟南芥光应激时维管束介导全身活性氧信号
植物和其他多细胞生物能够远距离传输不同的化学和物理信号,有时会穿越整个植株。这些信号协调整个生物体对不同压力、病原体和/或其他刺激的反应,被认为在不同生物体对其环境的适应、防御和适应中起关键作用。
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