Lidia Vysotskaya

1 Institutul de Biologie, Centrul Științific Ufa, Academia Rusă de Științe, pr. Oktyabrya 69, Ufa 450054, Rusia

efectul

Peter E. Hedley

2 Unitatea de cercetare a plantelor, Divizia de Biologie de Mediu și Aplicată, Școala de Științe ale Vieții, Universitatea din Dundee la SCRI, Invergowrie, Dundee DD2 5DA, Marea Britanie

Guzel Sharipova

1 Institutul de Biologie, Centrul Științific Ufa, Academia Rusă de Științe, pr. Oktyabrya 69, Ufa 450054, Rusia

Dmitry Veselov

1 Institutul de Biologie, Centrul Științific Ufa, Academia Rusă de Științe, pr. Oktyabrya 69, Ufa 450054, Rusia

Guzel Kudoyarova

1 Institutul de Biologie, Centrul Științific Ufa, Academia Rusă de Științe, pr. Oktyabrya 69, Ufa 450054, Rusia

Jennifer Morris

3 Program de genetică, SCRI, Invergowrie, Dundee DD2 5DA, Marea Britanie

Hamlyn G. Jones

2 Unitatea de cercetare a plantelor, Divizia de Biologie de Mediu și Aplicată, Școala de Științe ale Vieții, Universitatea din Dundee la SCRI, Invergowrie, Dundee DD2 5DA, Marea Britanie

Abstract

Context și obiective

Anumite linii de orz sălbatic (Hordeum spontaneum) sunt mai tolerante la salinitate decât altele. Baza fiziologică a acestei diferențe este examinată într-un studiu comparativ al unei linii cu toleranță salină și cu intoleranță salină care pune accentul pe relațiile cu apa plantelor.

Metodologie

Efectele tratamentului cu sare (maxim 75 mM) care se extind de la câteva ore la 3 săptămâni au fost cuantificate la răsadurile vechi de 8 zile ale unei linii de orz sălbatic sensibile la salină („T-1”) și ale unei linii mai puțin sensibile la soluția salină 20 -45 '). Plantele au fost cultivate în cultură de nutrienți. Nivelurile de ARNm ale genei HtPIP2; 4 aquaporin (AQP) au fost determinate împreună cu o serie de răspunsuri fiziologice, inclusiv conductivitatea hidraulică a rădăcinii, potențialul osmotic al sevei xilemului rădăcinii, transpirația, conținutul relativ de apă al frunzei, conținutul de apă din rădăcină, potențialul de apă din frunze, frunze osmolalitatea sevei, lungimea frunzelor, aria frunzelor și conținutul de clorofilă.

Principalele rezultate

Tratamentul cu sare a inhibat transpirația și conductivitatea hidraulică mai mult în plantele ‘20 -45 ’tolerante la sare decât în„ T-1 ”sensibil la sare. În '20 -45 ', efectul a fost paralel cu o reglare rapidă (în câteva ore) și persistentă (3 zile) a acvaporinei. La plantele ‘T-1’ sensibile la sare, reglarea descendentă a aquaporinei a fost întârziată cu până la 24 de ore. O toleranță mai mare la plantele ‘20 -45 ’s-a caracterizat prin inhibarea mai redusă a suprafeței frunzelor, greutatea proaspătă a rădăcinii, conținutul de apă din frunze și concentrația de clorofilă. Potențialul apei din frunze a fost similar în ambele linii.

Concluzii

(i) Scăderea conductivității hidraulice la plantele de orz tratate cu sare este importantă pentru închiderea stomatală, (ii) rata de transpirație redusă este benefică pentru toleranța la sare, cel puțin în stadiul răsadurilor și (iii) modificările expresiei AQP sunt implicate în control a conductivității hidraulice a întregii instalații și reglarea relațiilor de apă cu lăstari.

Introducere

În condiții de transpirație, se crede că apa provine din sol către xilemul rădăcinii, în mare parte de-a lungul unui traseu apoplastic condus de un gradient de presiune hidrostatică. Cu toate acestea, această situație se schimbă atunci când transpirația este restricționată de condiții stresante, cum ar fi salinitatea. În aceste condiții, mai multă apă urmează calea de la celulă la celulă, curgând peste membranele celulelor vii (Steudle, 2000). Rezultatele recente indică faptul că, pe calea celulă-celulă, cea mai mare parte a apei este transportată de acvaporine (adică proteine ​​de membrană care formează canale de apă) (Morillon și Chrispeels, 2001). Acvaporinele cu membrană plasmatică aparținând subfamiliei PIP2 sunt una dintre izoformele abundente din rădăcini și prezintă activitate mare a canalului de apă atunci când sunt exprimate în celule heteroloage (Chaumont și colab., 2000; Javot și colab., 2003). Expresia porumbului PIP2; 4 acvaporină a fost găsită de Zhu și colab. (2005) să răspundă la tratamentul cu sare.

Plantele tinere de orz sunt un obiect atractiv pentru studiul acvaporinelor la plantele stresate, deoarece în rădăcinile lor calea de transport celulă la celulă domină chiar și la plantele cu transpirație mare (Steudle și Jeschke, 1983). Prezentul studiu investighează modul în care modificările în conductivitatea hidraulică și expresia genei acvaporinei (AQP) pot fi legate de rata de transpirație și consecințele pentru relațiile de apă la lăstar și toleranța la sare în ceea ce privește creșterea extinsă îmbunătățită. Gena AQP a fost analizată prin RT - PCR cantitativă în rădăcinile a două linii de orz sălbatic care diferă prin rezistența la sare definită în funcție de răspunsurile lor de creștere la sare.

Materiale și metode

Toate experimentele au fost efectuate folosind două linii de orz sălbatic (Hordeum spontaneum) („T-1” și „20 -45”). „T-1” a fost identificat inițial într-o populație de orz sălbatic la 50 km vest de Gaziantep, Turcia (800 m altitudine, longitudine 37,18 ° E, latitudine 36,82 ° N) și „20 -45” provine din Sede Boqer din Israel (450 m altitudine, longitudine 34,78 ° E, latitudine 30,78 ° N) (Nevo și colab., 1986). Aceste linii au fost selectate ca fiind comparabile din punct de vedere morfologic, dar având răspunsuri contrastante la salinitate într-un studiu preliminar de hidroponie efectuat de M Chechulina, BP Forster și HG Jones (nepublicată) care a inclus o colecție diversă de 36 de linii H. spontaneum din întreaga „Semilună fertilă” (Forster și colab., 1997; Pakniyat și colab., 1997) și un număr mic de soiuri Hordeum vulgare și mutanți semi-pitici care au asociații cu toleranța la sare (Pakniyat și colab., 1997).

Plantele au fost cultivate timp de 3 zile în întuneric la 25 ° C între tuburile de sticlă sigilate la capete, legate între ele și plutite pe o soluție nutritivă Hoagland - Arnon de 0,1 tărie și apoi hidroponic în recipiente de 2 L (10 plante per recipient, 10 recipiente pentru fiecare tratament) cu soluție nutritivă completă Hoagland - Arnon (5 mM KNO3, 5 mM Ca (N03) 2, 1 mM KH2PO4, 1 mM MgSO4, 5 mM CaSO4, modificat zilnic) sub iluminare de 450 µmol foton m −2 s −1 din lămpi cu mercur arc și vapori de sodiu cu o fotoperioadă de 14 ore la 24 ° C. Tratamentele de salinitate au fost aplicate când plantele aveau 8 zile. Plantele au fost expuse la 25 mM NaCI timp de 24 de ore, apoi concentrația a fost mai întâi crescută la 50 mM NaCI timp de 2 zile și apoi la 75 mM NaCl (nivel moderat de salinitate, care se poate aștepta în câmp conform Munns și colab., 2006 ). Concentrația de sare a fost crescută în trepte de 25 mM pentru a diminua orice efect de șoc al unui stres osmotic brusc (Flowers, 2004). Unele plante au rămas în NaCl 75 mM timp de 3 săptămâni pentru a permite un studiu al efectelor pe termen lung ale salinității asupra creșterii plantelor și a conținutului de clorofilă. Toate tratamentele au fost comparate cu plante de control similare în vârstă menținute în soluția standard.

Probele de rădăcină au fost recoltate în bazine triplicate (1 g de rădăcini colectate de la mai multe plante din același recipient pentru fiecare replică) și congelate rapid în azot lichid. ARN-ul total a fost izolat conform recomandării folosind kitul RNeasy Mini Plant (Qiagen), inclusiv digestia pe coloană DNaseI. ARN purificat a fost QC'd într-un bioanalizator (Agilent) și 10 µg utilizat pentru sinteza ADN-ului complementar pe prima catenă (ADNc) cu primeri hexameri aleatori și margele Ready-To-Go-You-Prime (AP biotech). Amorsele utilizate pentru detectarea orzului AQP (Pentru: ggcttcgcggtgttcatg; Rev: ggccttctcgttgttgtagatca) și 26S rRNA (Pentru: gaagagccgacatcgaagga; Rev: gaaaagttcccacagggataactg) au fost proiectate din respectivele 3′-untr. Reacțiile PCR au conținut 1 × QuantiTect SYBR Green PCR Master Mix (Qiagen), 1 uM fiecare primer și 5 ng de ADNc într-un volum de 25 uL. RT în timp real - PCR a fost efectuat pe un ABI PRISM7700 (Applied Biosystems), cu condiții de ciclare termică de 95 ° C, 15 min, urmate de 40 de cicluri (95 ° C, 15 s; 58 ° C, 30 s; 72 ° C, 30 s). Cuantificarea relativă a fost calculată utilizând metoda pragului de ciclu comparativ (Ct), așa cum este descrisă de producător cu 26S rARN pentru normalizarea ARN de intrare (PE Applied Biosystems (2001) User Bulletin # 2).