【成果回顾】MP万建民院士：无损“电生理“Ca2+流作为膜通道功能

基本信息

主题：无损"电生理"Ca²⁺流作为膜通道功能核心验证手段 为揭示CNGC9通道调控水稻低温响应机制提供证据

期刊：Molecular Plant

影响因子：12.084

研究使用平台：NMT温度胁迫创新科研平台

标题：Transcriptional Activation and Phosphorylation of OsCNGC9 Confer Enhanced Chilling Tolerance in Rice

作者：万建民（中国农科院作物科学研究所、南京农业大学）、王家昌（中国农科院作物科学研究所、南京农业大学）、任玉龙（中国农科院作物科学研究所），刘喜（南京农业大学）

检测离子/分子指标

Ca²⁺

检测样品

水稻根，距根尖500 μm根表上的点

离子/分子流实验处理

研究利用非损伤微测技术（NMT）检测水稻根系Ca²⁺流速，研究OsCNGC9是否能够在体内介导Ca²⁺内流来响应低温胁迫。在低温胁迫下，WT根系和cds1互补株系均有较强且快速的胞外Ca²⁺内流。相比之下，cds1在相同条件下未表现出明显的胞外Ca²⁺内流（图1A）。另外研究还观察到，WT或pGOsCNGC9与cds1之间低温胁迫的平均最大Ca²⁺内流量差异显著（图1B）。

与Kitaake相比，OsCNGC9-OE转基因株系在对冷激的响应中表现出更强的细胞外Ca²⁺内流（图2）。

图1. OsCNGC9是低温诱导的Ca²⁺内流所必需的。蓝色背景表示低温处理持续的时间。负值代表Ca²⁺内流。

图2. OsCNGC9的过表达能提高水稻中低温诱导的Ca²⁺内流。负值代表Ca²⁺内流。

      Ca²⁺流速测定结果显示，低温处理后，Nipponbare而非OsSAPK8敲除突变体的根细胞表现出更明显的Ca²⁺内流（图3）。

      OsSAPK8-GFP过表达植物的根细胞与Nipponbare根细胞相比，在冷激胁迫下表现出更强的Ca²⁺内流（图4）。

图3. OsSAPK8基因敲除突变体由低温诱导的Ca²⁺内流的状态。负值代表Ca²⁺内流。

图4. OsSAPK8过表达对低温诱导的Ca²⁺内流有正调控作用。负值代表Ca²⁺内流。

       与Kitaake相比，OsDREB1A-KO植物在应对冷胁迫时胞外Ca²⁺流速较弱（图5）。

图5. 比较Kitaake和OsDREB1A-KO在低温胁迫下根中Ca²⁺的内流速率。负值代表Ca²⁺内流。

其他实验结果

• OsCNGC9是一个积极的低温耐受性调节器。

• OsCNGC9与OsSAPK8在体内发生物理相互作用。

• OsCNGC9是OsSAPK8真正的底物。

• OsSAPK8对OsCNGC9的磷酸化增强了OsCNGC9通道对低温胁迫的反应活性。

• OsCNGC9的Ser-645是OsSAPK8对水稻耐寒性反应的一个主要磷酸化位点。

• OsSAPK8对OsCNGC9的Ser-645的磷酸化对增强水稻的耐寒性起着积极作用。

• Ser-645的磷酸化状态正向调节OsCNGC9的钙通道活性。

• OsSAPK8参与了水稻耐寒性和低温诱导的Ca²⁺内流的调控。

• OsSAPK8介导的OsCNGC9的磷酸化在水稻耐寒性中起重要作用。

• 低温刺激通过OsDREB1A依赖性途径促进OsCNGC9的表达。

低温胁迫后，环核苷酸门控通道OsCNGC9被SnRK2蛋白激酶OsSAPK8磷酸化并激活，引发细胞钙水平升高，进而激活水稻低温胁迫相关基因的表达，增强水稻耐寒能力。

测试液

0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.5 mM NaCl, 0.3 mM MES, 0.2 mM Na₂SO₄, pH 6.0