Arrayjet生物芯片点样仪助力植物同土壤中盐度相关性研究

土壤盐碱化是一个日益严重的环境问题，过量的盐分损害土壤的养分吸收、破坏渗透平衡，对植物生长、发育和开花产生负面影响，导致作物产量下降。 为应对自身或外部刺激，植物会通过细胞壁修饰（包括木质素和木栓素沉积的增加，以及在较老的组织中形成次级细胞壁）和改变根的生长方向，以减少盐分的摄入。在此过程中还涉及到纤维素合成、纤维素微纤维定位、半乳聚糖积累以及合成阿拉伯糖等生物过程。已有研究表明，延伸蛋白（extensin）糖基化是这个过程中的关键因素，其中涉及到4种糖基化蛋白（HPAT1-3、RRA1-3、XEG113和ExAD），但具体的参与过程仍缺乏了解。

荷兰瓦赫宁根大学植物生理学实验室的研究团队于2024年在《Plant》杂志发表了文章《Arabinosylation of cell wall extensin is required for the directional response to salinity in roots》。在该研究中，作者通过研究野生型和ExAD基因突变型拟南芥样本的果胶和半纤维素提取物，证实ExAD 基因是调节根定向生长所必需的，揭示了 ExAD 介导的阿拉伯糖基化在根对盐胁迫的反应中起着至关重要的作用。

实验方法：

• 1.盐诱导倾斜测定法（salt-induced tilting assay ，SITA）：将拟南芥培育发芽，并在响应的时间点移植到不同类型的培养基（无NaCl 、100mM NaCl 、100mM KCl 和 200mM 山梨糖醇等）中，并将植株逆时针旋转90度，然后持续动态拍照，观察植物根部的生长弯曲过程（图1）。根尖角度（root tip direction，RTD）表示平行于根尖生长方向的矢量与垂直重力矢量之间的角度，表示根尖弯曲的量。

图1 SITA的实验设置：将发芽的幼苗转移到含有不同处理的1/2 MS琼脂平板中，同时将平板逆时针旋转90度；在延时系统中追踪根系动态生长响应，成像频率为每块板每 20 分钟 1 张图像

• 2.微阵列聚合物分析（Comprehensive Microarray Polymer Profiling，CoMPP）：将样本拟南芥幼苗快速冻干。继而纯化，通过Arrayjet公司的Marathon（新型号Mecury）生物芯片点样仪点印在硝酸纤维素膜上，随后同特异性抗体杂交，生物芯片扫描仪扫描并进行结果分析。

实验结果：

• 1.野生型拟南芥在100mM NaCl 培养基中表现出明显的生长弯曲。与对照组、100mM KCl 和 200nM 山梨糖醇组相比，在100mM NaCl 培养基中生长的拟南芥的根尖RTD的变化量显著降低，说明高浓度NaCl 的确可以影响植物根尖生长方向（图2）。

图2 在不同处理（对照组、100 mMNaCl、100mM KCl 和 200mM 山梨糖醇）下，在 4 日龄野生型幼苗根尖不同时间点延时拍照，y轴表示每 20 分钟根尖的RTD 值

• 2.相对于野生型，ExAD突变型拟南芥在NaCl溶液中根尖RTD值的变化量显著降低，说明ExAD突变导致根尖回避高盐环境的能力减弱。
  

• 3.相较于野生型，ExAD突变型样本在冻干后的提取物中NaCl含量显著升高，说明ExAD基因突变导致植株摄取了过量的NaCl。
  

• 4.CoMPP实验结果显示，野生型植株的JIM11杂交信号显著高于ExAD突变型，而JIM11是延伸蛋白糖基化的重要指征，说明ExAD突变型植株的延伸蛋白缺乏糖基化，引起根尖遇到高盐溶液后弯曲能力降低。
  

实验结论：

ExAD引起延伸蛋白糖基化，参与盐胁迫条件下的根细胞壁修饰，该过程是调节根尖定向生长所必需的。综合以上结果说明 ExAD 介导的阿拉伯糖基化在根对盐胁迫的反应中起着至关重要的作用。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koae135

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