基本信息
主題：NMT發(fā)現(xiàn)H2O2和Ca2+調(diào)控壇紫菜排Na+保K+應(yīng)答鹽脅迫
期刊：Journal of Applied Phycology
影響因子：3.016
研究使用平臺：NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺
標題：Salt stress-induced H2O2 and Ca2+ mediate K+/Na+ homeostasis in Pyropia haitanensis
第一作者：王文磊、邢磊；通訊作者：謝潮添，集美大學(xué)
檢測離子/分子指標
Na+，K+，H2O2，Ca2+
檢測樣品
壇紫菜葉狀體
中文摘要
本文研究分析了高鹽條件下壇紫菜H2O2的產(chǎn)生及其對K+、Na+和Ca2+轉(zhuǎn)運的影響。高鹽脅迫（110‰, 15 min）使壇紫菜細胞內(nèi)H2O2含量和外排速率迅速增加，這與超氧化物歧化酶活性的迅速增加相一致。鹽脅迫誘導(dǎo)Na+外排和Ca2+內(nèi)流的增加受到NADPH氧化酶抑制劑（DPI）或ROS清除劑（DMTU）的顯著抑制。同時，質(zhì)膜Ca2+通道抑制劑（verapamil）使Na+外排減少。這表明NADPH氧化酶介導(dǎo)產(chǎn)生的H2O2可能通過調(diào)控Ca2+依賴的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運體促進鹽脅迫下壇紫菜葉狀體的Na+外排。此外，鹽誘導(dǎo)的H2O2增強了K+外排，而外源Ca2+緩解了K+外排。H2O2和Ca2+可能獨立調(diào)控壇紫菜的K+穩(wěn)態(tài)。H2O2誘導(dǎo)的K+滲漏可能誘導(dǎo)細胞從正常的代謝活動轉(zhuǎn)向與適應(yīng)和修復(fù)相關(guān)的代謝活動。本研究為闡明潮間帶海藻應(yīng)答鹽脅迫中ROS信號與離子穩(wěn)態(tài)的關(guān)系提供了新見解。
離子/分子流實驗處理
H2O2
1. 110‰高鹽脅迫（S110）處理30 min 2. 對照（S30）+1 mM H2O2處理30 min 3. S110+10 μM DPI處理30 min 4. S110+10 mM DMTU處理30 min 5. S110+100 μM verapamil處理30 min
Na+，K+，Ca2+
1. S110處理15 min 2. S30+1 mM H2O2處理15 min 3. S110+10 μM DPI處理15 min 4. S110+10 mM DMTU處理15 min 5. S110+1 mM H2O2處理15 min
離子/分子流實驗結(jié)果
H2O2在S110處理下顯著外排，平均外排速率為93.71 pmol cm-2s-1，顯著高于對照組（S30）。與S110處理相比，DPI和DMTU處理使H2O2的外排速率顯著降低，平均流速分別為43.89 pmol cm-2s-1和-2.77 pmol cm-2s-1。此外，S30和S30+H2O2處理間差異不顯著，平均流速分別為-0.94 pmol cm-2s-1和4.32 pmol cm-2s-1。Ca2+通道抑制劑verapamil的加入使H2O2外排速率從93.71 pmol cm-2s-1降低到14.20 pmol cm-2s-1。
S110處理顯著誘導(dǎo)了Na+外排。進一步分析發(fā)現(xiàn)，S30和S110處理下的Na+平均外排速率分別為-1901.92 pmol cm-2s-1和6691.27 pmol cm-2s-1。DMTU的加入顯著降低了S110誘導(dǎo)的Na+外排速率，甚至在某些時間點產(chǎn)生內(nèi)流（S110+ DMTU）。在高鹽脅迫下，DPI也顯著抑制了葉狀體的Na+外排（S110+DPI）。此外，S110+H2O2處理顯著提高了葉狀體的Na+外排，而S30+H2O2對葉狀體的Na+外排沒有明顯的增強作用。
雖然高鹽脅迫會引起壇紫菜葉狀體K+外滲，但外源DMTU或DPI的加入明顯抑制了K+外排。在S30處理中添加外源H2O2顯著誘導(dǎo)了壇紫菜葉狀體的K+外排，而在S110處理下H2O2對葉狀體的K+外排無顯著影響。S30、S110、S110+DMTU、S11+DPI、S30+H2O2和S110+H2O2處理下的平均K+外排速率分別為-155.59、935.66、362.57、277.68、1121.70和654.74pmol cm-2s-1。
正常條件下，壇紫菜葉狀體Ca2+流速在0 pmol cm-2s-1左右波動，而在高鹽脅迫下Ca2+則顯著內(nèi)流。S30和S110處理下Ca2+平均流速分別為-3.77和-167.73 pmol cm-2s-1。S30加外源H2O2處理后葉狀體的Ca2+內(nèi)流，內(nèi)流速率為-13.98 pmol cm-2s-1。ROS清除劑DMTU能顯著抑制鹽脅迫誘導(dǎo)的壇紫菜Ca2+內(nèi)流，平均流速為-19.93 pmol cm-2s-1，僅為S110處理的11.90%。NADPH氧化酶抑制劑DPI抑制了鹽脅迫誘導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流，流速為-49.42 pmol cm-2s-1，僅為S110處理的29.46%。當verapamil抑制Ca2+內(nèi)流時，Na+外排減少。此外，外源Ca2+緩解了S110處理下壇紫菜細胞K+的外排。
其他實驗結(jié)果
結(jié)論
綜上所述，高鹽脅迫處理15 min內(nèi)NADPH氧化酶和SOD介導(dǎo)的H2O2產(chǎn)生激活了壇紫菜的防御反應(yīng)。鹽誘導(dǎo)的H2O2促使Ca2+內(nèi)流，激活了壇紫菜細胞Na+逆向轉(zhuǎn)運。此外，H2O2增強了鹽脅迫下壇紫菜細胞的K+滲漏，但外源Ca2+緩解了這種鹽誘導(dǎo)的K+外排。因此，在高鹽條件下，H2O2和Ca2+可能獨立影響壇紫菜K+的轉(zhuǎn)運。本文為植物抗高鹽機理提供了新的思路。
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