Plants-Basel東農：NMT發現耐寒番茄在低溫脅迫下保鉀能力更強

基本信息

主題：NMT發現耐寒番茄在低溫脅迫下保鉀能力更強

期刊：Plants-Basel

影響因子：2.762

研究使用平臺：NMT植物溫度脅迫創新平臺

標題：Gene Expression and K⁺ Uptake of Two Tomato Cultivars in Response to Sub-Optimal Temperature

作者：東北農業大學吳鳳芝、高歡

檢測離子/分子指標

K⁺

檢測樣品

番茄根，距根尖400 μm根表上的點

次優溫度會對番茄（Solanum lycopersicum）的生長產生不利影響，而K⁺在植物的耐寒性中起著重要作用。然而，番茄對次優溫度的基因表達和K⁺吸收的反應仍不十分清楚。為了解決這些問題，將一個耐寒番茄栽培品種東農722（T722）和一個寒敏感栽培品種東農708（S708）分別暴露于次優（15/10℃）和正常溫度（25/18℃）下，研究其生長、K⁺吸收特性和全局基因表達的差異。結果表明，與S708相比，T722表現出較低的植株生長速度、全株K⁺量和K⁺凈吸收率的降低，T722在亞優溫度條件下還具有較高的過氧化物酶活性和較低的K⁺外排速率。RNA-seq分析表明，在S708和T722的根中分別發現了響應于次優溫度的差異表達基因（DEGs）共1476個和2188個。功能分類顯示，大部分DEG參與了“植物激素信號轉導”、“苯丙醇生物合成”、“硫代謝”和 “細胞色素P450”。僅在T722中顯著上調的基因涉及“苯丙醇生物合成”和“植物激素信號轉導”途徑。此外，研究還發現，次優溫度抑制了兩個栽培品種中編碼K⁺轉運體SIHAK5基因的表達，但僅在S708中降低了編碼K⁺通道AKT1基因的表達。總的來說，本研究結果揭示了番茄根部的低溫相應基因，為進一步研究亞低溫下番茄K⁺吸收的機制提供了基礎。

離子/分子流實驗處理方法

處理5 h后，在正常溫度（CK）和次優溫度（T）下，T722根中K⁺內流，而在S708根中K⁺外排（圖1a）。在處理5 d時，正常溫度條件下，兩個品種都出現了K⁺內流。然而，在次優溫度條件下，兩個品種的K⁺外排速率顯著增加，并且在S708中觀察到更明顯的增加（圖1a）。

圖1. 在正常溫度和次優溫度條件下S708和T722根尖中K⁺的平均流速變化

處理后5 h，在正常和次優溫度條件下，10 min的檢測期內兩個品種的K⁺均表現出穩定且持續的流速（圖2b）。在處理5 d時，正常和次優溫度條件下S708中K⁺的凈流速趨勢與T722中的相似。在次優溫度條件下，10 min檢測期間，S708的K⁺流速從T722 pmol cm^-2s^-1增加到308 pmol cm^-2s^-1，T722從65.57 pmol cm^-2s^-1增加到92.62 pmol cm^-2s^-1（圖2b）。

圖2. 在正常溫度和次優溫度條件下S708和T722根尖中K⁺的凈流速變化

其他實驗結果

• 次優溫度處理5 d后顯著降低了S708的株高、植物生長率、根表面積和總根長。

• 次優溫度處理會增加MDA含量和POD活性，降低全株K⁺含量。

• 次優溫度顯著降低了兩個番茄品種的K⁺凈吸收率和轉運率。

• T722中上調或下調的差異基因數量遠高于S708。

• 在次優溫度條件下，兩個品種中編碼水通道蛋白的兩個基因均被抑制。