NaCl诱导的液泡特异Ca²⁺释放途径参与调控胡杨抗盐性

【作者】 孙健； 张旋； 余益成； 李宗芸； 陈少良；

【机构】 整合植物生物学研究所江苏师范大学生命科学学院； 生物科学与技术学院北京林业大学；

【摘要】 胡杨是我国西北干旱荒漠地区唯一能形成森林的高大乔木树种,具有极强的抗盐性,是研究木本植物抗盐生理和分子机制的极好材料。前期研究表明快速的盐胁迫信号响应是胡杨抗盐性形成的重要机制,多种信号分子参与调控胡杨盐胁迫响应及防御,如胞外ATP（eATP）,过氧化氢（H2O2）,一氧化氮（NO）,胞质Ca²⁺等。细胞质Ca²⁺浓度升高是调控多种胁迫响应及防御机制形成的核心信号分子,其来源主要有胞外Ca²⁺内流和胞内Ca²⁺库释放（主要为液泡）两种途径。尽管研究已表明细胞质Ca²⁺信号对植物以及胡杨抗盐性形成具有重要作用,但是否液泡特异Ca²⁺释放途径参与胡杨抗盐性形成以及所调控的分子网络仍不清楚。本研究主要探究了液泡特异Ca²⁺信号参与调控胡杨抗盐性的生理与分子机制。液泡和细胞质Ca²⁺成像实验表明NaCl胁迫诱导了胡杨细胞明显的液泡Ca²⁺浓度降低和细胞质Ca²⁺浓度升高,Ca²⁺成像实验、in vitro Ca²⁺离子流实验以及药理学实验相结合证实了NaCl通过三种途径诱导液泡Ca²⁺释放,即环腺苷二磷酸核糖（cADPR）介导的途径,三磷酸肌醇（IP3）介导的途径和液泡SV通道介导的途径。进一步药理学实验证明NaCl诱导的液泡Ca²⁺释放位于e ATP,胞外Ca²⁺内流,H₂O₂, NO等信号下游,因此液泡Ca²⁺释放调控的细胞质特异Ca²⁺信号对下游生理和基因表达调控具有直接调控作用。我们进一步利用荧光成像和非损伤微测技术并结合药理学实验证明了三种液泡Ca²⁺释放途径对胡杨细胞离子平衡和抗氧化平衡均具有正向调控作用。而基于Illumina二代测序平台的基因表达谱分析揭示三种液泡Ca²⁺释放途径所调控的盐胁迫响应基因之间具有明显差异,说明三种液泡钙释放途径介导细胞质Ca²⁺浓度升高对盐胁迫响应基因表达的调控具有特异性。综合以上实验结果,我们提出了c ADPR,IP3和SV通道介导的液泡Ca²⁺释放参与胡杨抗盐性形成的分子调控网络模型。更多还原