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Plant Soil西南大學：NMT發現鎂通過調節IAA極性運輸
| NMT作為生命科學底層核心技術，是建立活體創新科研平臺的*技術。2005年~2020年，NMT已扎根中國15年。2020年，中國NMT銷往瑞士蘇黎世大學，正式打開歐洲市場。 |
基本信息
主題：NMT發現鎂通過調節IAA極性運輸促根冠微區堿化緩解楊樹鋁毒
期刊：Plant and Soil
影響因子：3.299
研究使用平臺：NMT重金屬創新平臺
標題：Magnesium alleviates aluminum toxicity by promoting polar auxin transport and distribution and root alkalization in the root apex in populus
作者：西南大學李楠楠、張圳
檢測離子/分子指標
H+(pH)，IAA
檢測樣品
楊樹根
IAA：根尖（根冠至300 μm處）
H+(pH)：距根尖0、300、600、900、1200、1500、1800 μm根表上的點
中文摘要（谷歌機翻）
楊樹能耐受高濃度Al脅迫。然而，Mg減輕Al毒作用的機制尚不清楚在白楊樹上仍然是未知的。
在本研究中，提供足夠的Mg高濃度Al對楊樹的毒害作用脅迫、根表pH梯度、Mg和Al通過電生理分析、熒光染色等方法檢測根尖的攝取量，生長素分布與轉運動力學在根尖也檢測到了。
在本研究中，我們發現適當的Mg供應可以減輕高濃度Al對楊樹根系生長的毒害。Mg促進了楊樹根表pH梯度的升高，導致根系過渡帶發生堿化，防止了Al對根系伸長的毒害作用。用DR5:GFP報告子測定了生長素在楊樹根尖的分布。Al毒害抑制了極性生長素在根過渡區的運輸和分布，但Mg的供應則部分緩解了這種作用。用非損傷微測技術（NMT）對生長素轉運蛋白突變體pin-format-2（pin2）進行進一步的檢測，結果表明Mg通過PIN2基生長素極性轉運，調節過渡區根表堿化，減輕Al毒。mrs2突變體的轉錄組分析和酵母互補實驗也揭示了Mg、生長素和Al之間的相同關系。
目前的研究表明，Mg促進生長素的極性運輸和分布導致根表面pH值調節升高，以及進一步減輕Al毒性。我們的部分結果闡明Mg的解毒作用機理木本植物中高濃度的Al。
離子/分子流實驗處理方法
3-4周齡楊樹苗放到0.5 mM CaCl2溶液中（pH 4.0）進行酸適應3 h，然后在4種不同處理下（對照、+Mg (1.5 mM)/+Al (500 μM)、-Mg/-Al、-Mg/+Al）處理2 d。
離子/分子流實驗結果
使用NMT技術檢測了根尖的IAA流速，結果表明，在+Al/-Mg條件下，根尖處的IAA 流速顯著低于+Al/+Mg條件下的流速（圖1）。
圖1.楊樹根尖IAA流速變化
通過NMT技術測量楊樹根軸上的表面pH值，楊樹過渡區由傳感器指示（圖2A）。在緩沖溶液適應條件下，楊樹根系表面在+Mg/-Al條件下的pH值高于在-Mg/-Al條件下在過渡區附近的pH值（圖2B）。Al暴露3 h后，+Mg和-Mg植株沿根軸的根表面pH值存在差異（圖2C）。Al脅迫3 h后，pH峰值出現在300 μm左右。在根軸上，+Mg植物根表面pH值逐漸恢復到Al暴露前的狀態。然而，-Mg植物的這種能力被削弱了。Al脅迫24 h后，+Mg植株根表pH值恢復到Al處理之前的狀態。-Mg植株過渡帶根表pH值低于+Mg植株。此外，在-Mg條件下，沿根軸的根表面pH值不會恢復到-Al條件下觀察到的水平（圖2D)。
圖2. Mg缺乏和Al毒害引起根軸pH分布的變化抑制了楊樹根分生區表面的堿化
其他實驗結果
Mg的供給對楊樹抗Al脅迫有緩解作用。
在缺Mg條件下的植物根部有更多的Al積累。另外，在沒有Al處理的情況下，在缺Mg和充足Mg條件下，Mg的累積幾乎沒有差異。然而，在Al處理下，有足夠Mg的植物根中的Mg積累明顯高于缺Mg植物。同時，在Mg供應充足的培養基中，與-Al處理相比，Al脅迫下根系中Mg的累積量較少。
Al3+主要分布在根尖中，Mg的存在阻止了Al在植物根系中的積累。
轉錄組測序結果表明大多數與細胞壁修飾相關的基因存在差異表達。
檢測了兩個主要檸檬酸輸出基因PtrMATE1和PtrMATE2在楊樹中的表達水平。Al脅迫下，楊樹根尖PtrMATE1表達上調。PtrMATE2在缺Mg條件下下調，Al脅迫下下調更明顯。
鎂轉運蛋白基因PtrMGT1在Mg缺乏和Al脅迫下下調，只有在Mg供應充足和Al脅迫的情況下，PtrMGT2才顯著上調。
Mg改善了植物生長素的極性轉運和過渡區植物生長素的分布。
Mg促進生長素極性運輸和Al脅迫下根系過渡帶表面堿化的結果在擬南芥中得到證實。
Mg轉運蛋白基因的表達在一定的Mg濃度范圍內能在一定程度上減輕Al對植物的生長抑制。
結論
本研究表明，Mg促進生長素在根尖的極性運輸和分布，并通過調節質膜H+-ATPase的活性來改變H+流速，從而導致根表堿性化。過渡區pH值的增加減輕了Al的毒性。這些結果為外源Mg減輕植物根尖Al毒作用提供了新的解釋。
測試液
0.1 mM KCl, 0.1 mM CaCl2, 0.3 mM MES, pH 4.0
關鍵詞：Mg；Al耐受性；H+-ATPase；生長素流速；楊樹