Реакция Arabidopsis thaliana на засоление

В качестве модельного организма реакция Arabidopsis thaliana на засоление изучается, чтобы помочь понять другие, более экономически важные культуры.

Высокая концентрация соли в почве оказывает негативное воздействие на растения. Например, это снижает урожайность, которую сельскохозяйственные растения могут давать на 7% земли. ^{[ 1 ]} С другой стороны, некоторые растения демонстрируют адаптацию к изменениям засоленности почвы, поскольку воздействие на растение соли запускает определенные механизмы осмотической регуляции клеток и вызывает изменения в поведении этого растения по получению и потере воды. ^{[ 1 ]} Одним из таких растений является модельное растение Arabidopsis thaliana , член семейства Brassicaceae . Arabidopsis thaliana произрастает в Евразии и был завезен в некоторые части Северной Америки. ^{[ 2 ]} Растет на каменистых, песчаных и нарушенных участках. ^{[ 2 ]} Во многих исследованиях было обнаружено, что Arabidopsis thaliana демонстрирует повышенное содержание Na. ⁺ и Х ⁺ экструзия из своих клеток после воздействия высокой солености. ^{[ 3 ]} Часть ареала арабидопсиса могла включать почву с высоким содержанием соли, и растение начало к этому приспосабливаться.

При высоком воздействии соли Arabidopsis испытывает отрицательный градиент осмотического давления между соленым раствором и его ксилемой . ^{[ 4 ]} и он поглощает Na ⁺ через На ⁺ проницаемые транспортеры. ^{[ 5 ]} Затем растение снижает воздействие высокого содержания Na+ за счет улучшения оттока Na+ из клеток по пути SOS. ^{[ 3 ]} Два разных пути SOS-пути могут активировать SOS1 , молекулу, вызывающую отток натрия. Один путь — SOS2 – SOS3 , другой — путь PLD . ^{[ 6 ]} Это показано на рисунке 1. Путь SOS2-SOS3:

После воздействия высокого уровня натрия уровень кальция в цитозоле увеличивается . SOS3 может обнаруживать повышенный уровень кальция, создавая кальций-связывающий белок — белок, который обнаруживает высокий уровень кальция в цитозоле и связывается с ним. ^{[ 3 ]}
Белки SOS3 взаимодействуют с протеинкиназами , затем фосфорилируются , ^{[ 7 ]} который создает комплекс SOS2-SOS3, присоединенный к кальцию, а затем активирует SOS2. ^{[ 8 ]}
Активация SOS2 подталкивает его к плазматической мембране , затем активирует SOS1. Наконец, это вызывает вытеснение лишнего натрия наружу через Na. ⁺/ЧАС ⁺ антипортер , который находится рядом с SOS1. ^{[ 9 ]}
Комплекс SOS2-SOS3 необходим для формирования полного ответа SOS1. Но у мутантов, у которых отсутствует SOS2-SOS3, натрий может напрямую регулировать SOS1. ^{[ 10 ]}

(PLD) путь

Высокая соленость повышает активность фермента PLD1 , вызывающего накопление фосфатидной кислоты . ^{[ 3 ]} PA активирует MPK6 , протеинкиназу, регулирующую эффективность трансляции в условиях высокой солености. ^{[ 3 ]} Затем MPK6 фосфорилирует SOS1. ^{[ 6 ]} и снова вызывает отток натрия.

В одном из экспериментов, обеспечивающих предыдущий путь, использовались сеянцы арабидопсиса, выращенные в чашках X-gal . ^{[ 11 ]} Исследователи использовали растения возрастом 6–8 дней. Методом MIFE оценены величины потоков Na. ⁺, К ⁺и Х ⁺. ^{[ 10 ]} В эксперименте вырезали сегменты корней длиной 8–10 мм и помещали их в держатель из плексигласа. ^{[ 12 ]} Затем они поместили держатель в камеру объемом 4 мл, содержащую необходимый раствор. ^{[ 12 ]} Они дали около 50 минут, чтобы эта настройка достигла равновесия, а затем провели измерения. С помощью такой техники они измерили суммарные потоки ионов.

Изучение реакции растений на засоленность может помочь нам выделить растения, которые демонстрируют наилучшую реакцию, то есть растения, которые оказывают наименьшее негативное влияние на свою приспособленность к воздействию засоления. Это может открыть возможность высаживать их в почву, в которой другие растения не могут выжить.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Хасэгава, Пол М.; Брессан, Рэй А.; Чжу, Цзянь-Кан; Бонерт, Ханс Дж. (2000). «Клеточная и молекулярная реакция растений на высокую соленость». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 51 : 463–499. doi : 10.1146/annurev.arplant.51.1.463 . ПМИД 15012199 .
^ Jump up to: ^а ^б «Об Arabidopsis thaliana» . унПАК . Проверено 14 мая 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Цзи, Хунтао (март 2013 г.). «Путь чрезмерной чувствительности к соли (SOS): устоявшиеся и новые роли» . Молекулярный завод . 6 (2): 275–286. дои : 10.1093/mp/sst017 . ПМИД 23355543 .
^ Бурсиак, Ю.; Чен, С.; Луу, ДТ; Сорьёль, М.; Ван Ден Дрис, Н.; Морел, К. (2005). «Раннее влияние солености на транспорт воды в корнях арабидопсиса. Молекулярные и клеточные особенности экспрессии аквапорина» . Физиология растений . 139 (2): 790–805. дои : 10.1104/стр.105.065029 . ПМЦ 1255996 . ПМИД 16183846 .
^ Тестер, М. (2003). «Толерантность к Na+ и транспорт Na+ у высших растений» . Анналы ботаники . 91 (5): 503–527. дои : 10.1093/aob/mcg058 . ПМЦ 4242248 . ПМИД 12646496 .
^ Jump up to: ^а ^б Ю, Лицзюань; Не, Цзянин; Цао, Чуньянь; Джин, Якан; Ян, Мин; Ван, Фучжэн; Лю, Цзи; Сяо, Юн; Лян, Юнхэн; Чжан, Вэньхуа (2010). «Фосфатидовая кислота опосредует реакцию на солевой стресс путем регуляции MPK6 у Arabidopsis thaliana» . Новый фитолог . 188 (3): 762–773. дои : 10.1111/j.1469-8137.2010.03422.x . ПМИД 20796215 .
^ Ду, В.; Лин, Х.; Чен, С.; Ву, Ю.; Чжан, Дж.; Фульсанг, Арканзас; Палмгрен, Миннесота; Ву, В.; Го, Ю. (2011). «Фосфорилирование SOS3-подобных кальцийсвязывающих белков путем их взаимодействия SOS2-подобных протеинкиназ является распространенным регуляторным механизмом у Arabidopsis» . Физиология растений . 156 (4): 2235–2243. дои : 10.1104/стр.111.173377 . ПМК 3149935 . ПМИД 21685179 .
^ Лю, Дж. (1998). «Гомолог датчика кальция, необходимый для толерантности растений к соли». Наука . 280 (5371): 1943–1945. Бибкод : 1998Sci...280.1943L . дои : 10.1126/science.280.5371.1943 . ПМИД 9632394 .
^ Ши, Х.; Ишитани, М.; Ким, К.; Чжу, Ж.-К. (2000). «Ген солеустойчивости Arabidopsis thaliana SOS1 кодирует предполагаемый антипортер Na+/H+» . Труды Национальной академии наук . 97 (12): 6896–6901. Бибкод : 2000PNAS...97.6896S . дои : 10.1073/pnas.120170197 . ЧВК 18772 . ПМИД 10823923 .
^ Jump up to: ^а ^б Шабала, Лана; Куин, Трейси А.; Ньюман, Ян А.; Шабала, Сергей (2005). «Схемы потока ионов, вызванные соленостью, из вырезанных корней мутантов Arabidopsis sos». Планта . 222 (6): 1041–1050. Бибкод : 2005Plant.222.1041S . дои : 10.1007/s00425-005-0074-2 . ПМИД 16079998 . S2CID 337766 .
^ Демидчик В.; Тестер, М. (2002). «Потоки натрия через неселективные катионные каналы в плазматической мембране протопластов корней арабидопсиса» . Физиология растений . 128 (2): 379–387. дои : 10.1104/стр.010524 . ПМК 148901 . ПМИД 11842142 .
^ Jump up to: ^а ^б Бабурина, О. (2000). «Влияние внезапного солевого стресса на потоки ионов в интактных клетках суспензии пшеницы». Анналы ботаники . 85 (6): 759–767. дои : 10.1006/anbo.2000.1136 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Хасэгава, Пол М.; Брессан, Рэй А.; Чжу, Цзянь-Кан; Бонерт, Ханс Дж. (2000). «Клеточная и молекулярная реакция растений на высокую соленость». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений . 51 : 463–499. doi : 10.1146/annurev.arplant.51.1.463 . ПМИД 15012199 .

[:1-2] Jump up to: ^а ^б «Об Arabidopsis thaliana» . унПАК . Проверено 14 мая 2018 г.

[:2-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Цзи, Хунтао (март 2013 г.). «Путь чрезмерной чувствительности к соли (SOS): устоявшиеся и новые роли» . Молекулярный завод . 6 (2): 275–286. дои : 10.1093/mp/sst017 . ПМИД 23355543 .

[4] Бурсиак, Ю.; Чен, С.; Луу, ДТ; Сорьёль, М.; Ван Ден Дрис, Н.; Морел, К. (2005). «Раннее влияние солености на транспорт воды в корнях арабидопсиса. Молекулярные и клеточные особенности экспрессии аквапорина» . Физиология растений . 139 (2): 790–805. дои : 10.1104/стр.105.065029 . ПМЦ 1255996 . ПМИД 16183846 .

[5] Тестер, М. (2003). «Толерантность к Na+ и транспорт Na+ у высших растений» . Анналы ботаники . 91 (5): 503–527. дои : 10.1093/aob/mcg058 . ПМЦ 4242248 . ПМИД 12646496 .

[:3-6] Jump up to: ^а ^б Ю, Лицзюань; Не, Цзянин; Цао, Чуньянь; Джин, Якан; Ян, Мин; Ван, Фучжэн; Лю, Цзи; Сяо, Юн; Лян, Юнхэн; Чжан, Вэньхуа (2010). «Фосфатидовая кислота опосредует реакцию на солевой стресс путем регуляции MPK6 у Arabidopsis thaliana» . Новый фитолог . 188 (3): 762–773. дои : 10.1111/j.1469-8137.2010.03422.x . ПМИД 20796215 .

[7] Ду, В.; Лин, Х.; Чен, С.; Ву, Ю.; Чжан, Дж.; Фульсанг, Арканзас; Палмгрен, Миннесота; Ву, В.; Го, Ю. (2011). «Фосфорилирование SOS3-подобных кальцийсвязывающих белков путем их взаимодействия SOS2-подобных протеинкиназ является распространенным регуляторным механизмом у Arabidopsis» . Физиология растений . 156 (4): 2235–2243. дои : 10.1104/стр.111.173377 . ПМК 3149935 . ПМИД 21685179 .

[8] Лю, Дж. (1998). «Гомолог датчика кальция, необходимый для толерантности растений к соли». Наука . 280 (5371): 1943–1945. Бибкод : 1998Sci...280.1943L . дои : 10.1126/science.280.5371.1943 . ПМИД 9632394 .

[9] Ши, Х.; Ишитани, М.; Ким, К.; Чжу, Ж.-К. (2000). «Ген солеустойчивости Arabidopsis thaliana SOS1 кодирует предполагаемый антипортер Na+/H+» . Труды Национальной академии наук . 97 (12): 6896–6901. Бибкод : 2000PNAS...97.6896S . дои : 10.1073/pnas.120170197 . ЧВК 18772 . ПМИД 10823923 .

[:4-10] Jump up to: ^а ^б Шабала, Лана; Куин, Трейси А.; Ньюман, Ян А.; Шабала, Сергей (2005). «Схемы потока ионов, вызванные соленостью, из вырезанных корней мутантов Arabidopsis sos». Планта . 222 (6): 1041–1050. Бибкод : 2005Plant.222.1041S . дои : 10.1007/s00425-005-0074-2 . ПМИД 16079998 . S2CID 337766 .

[11] Демидчик В.; Тестер, М. (2002). «Потоки натрия через неселективные катионные каналы в плазматической мембране протопластов корней арабидопсиса» . Физиология растений . 128 (2): 379–387. дои : 10.1104/стр.010524 . ПМК 148901 . ПМИД 11842142 .

[:5-12] Jump up to: ^а ^б Бабурина, О. (2000). «Влияние внезапного солевого стресса на потоки ионов в интактных клетках суспензии пшеницы». Анналы ботаники . 85 (6): 759–767. дои : 10.1006/anbo.2000.1136 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]