Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự kích thích bằng mepiquat chloride giúp hạt bông chịu được muối thông qua việc thúc đẩy tín hiệu GABA điều khiển chu trình ascorbate–glutathione
Tóm tắt
Đảm bảo rằng các hạt nảy mầm và phát triển bình thường là điều kiện tiên quyết cho sản xuất bông, đặc biệt là ở những khu vực có đất bị nhiễm mặn. Sự kích thích bằng mepiquat chloride (MC) có thể thúc đẩy sự nảy mầm của hạt và sự phát triển của rễ dưới tình trạng stress muối, nhưng cơ chế của nó chưa được làm rõ hoàn toàn. Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm sinh lý và hóa sinh đã chỉ ra rằng việc kích thích bằng MC thúc đẩy khả năng chịu đựng của hạt bông đối với stress muối bằng cách tăng cường khả năng của các enzyme chống oxy hóa liên quan đến chu trình ascorbate–glutathione (AsA-GSH) trong việc tiêu diệt các loài oxy phản ứng (ROS). Kết quả cho thấy việc điều trị bằng các chất ức chế tổng hợp axit abscisic (ABA) và axit γ-aminobutyric (GABA) đã giảm hiệu quả tích cực của việc kích thích MC. Tương tự, sự kích thích MC đã làm tăng nồng độ của ABA và GABA dưới stress muối bằng cách kích thích mức độ biểu hiện của GhNCED2 và GhGAD4 cùng với hoạt động của glutamate decarboxylase liên kết calmodulin (CML). Phân tích thêm cho thấy một chất ức chế tổng hợp ABA đã giảm tác động tích cực của việc kích thích MC lên nồng độ GABA dưới stress muối, nhưng nồng độ ABA không bị ảnh hưởng bởi chất ức chế tổng hợp GABA. Hơn nữa, phân tích đa omics đã chỉ ra rằng việc kích thích MC làm tăng sự phong phú và mức độ phosphoryl hóa của các protein liên quan đến tín hiệu ABA, CML, và các kênh/vận chuyển Ca2+ trong các điều trị đã được kích thích MC, dẫn đến việc tăng cường dao động Ca2+ trong các hạt bông đã được kích thích MC dưới stress muối. Tóm lại, những kết quả này chứng tỏ rằng tín hiệu ABA do MC trung gian hoạt động ở đầu trên của tổng hợp GABA do GAD tạo ra bằng cách kích hoạt các dao động Ca2+ và từ đó tăng cường hoạt động của chu trình AsA-GSH, điều này đảm bảo rằng hạt bông có khả năng chịu đựng stress muối.
Từ khóa
#Mepiquat chloride #bông #tín hiệu GABA #stress muối #chu trình ascorbate–glutathioneTài liệu tham khảo
Alpert AJ, Gilbert HF. Detection of oxidized and reduced glutathione with a recycling postcolumn reaction. Anal Biochem. 1985;144:553–62. https://doi.org/10.1016/0003-2697(85)90153-8.
Blokhina O, Virolainen E, Fagerstedt KV. Antioxidants, oxidative damage and oxygen deprivation stress: a review. Ann Bot-London. 2003;91:179–94. https://doi.org/10.1093/aob/mcf118.
Bown AW, Shelp BJ. Plant GABA: Not just a metabolite. Trends Plant Sci. 2016;21:811–3. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.08.001.
Che-Othman MH, Jacoby RP, Millar AH, et al. Wheat mitochondrial respiration shifts from the tricarboxylic acid cycle to the GABA shunt under salt stress. New Phytol. 2020;225:1166–80. https://doi.org/10.1111/nph.15713.
Danquah A, de Zelicourt A, Colcombet J, et al. The role of ABA and MAPK signaling pathways in plant abiotic stress responses. Biotechnol Adv. 2014;32:40–52. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2013.09.006.
Demidchik V, Shabala S, Isayenkov S, et al. Calcium transport across plant membranes: mechanisms and functions. New Phytol. 2018;220:4–69. https://doi.org/10.1111/nph.15266.
Hasanuzzaman M, Bhuyan MHMB, Anee TI, et al. Regulation of ascorbate-glutathione pathway in mitigating oxidative damage in plants under abiotic stress. Antioxidants. 2019;8:384. https://doi.org/10.3390/antiox8090384.
Jesus JM, Danko AS, Fiuza A, et al. Phytoremediation of salt-affected soils: a review of processes, applicability, and the impact of climate change. Environ Sci Pollut R. 2015;22:6511–25. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4205-4.
Ji YW, Zhang PP, Xing YX, et al. Effect of 1α, 25-dihydroxyvitamin D3 on the osteogenic differentiation of human periodontal ligament stem cells and the underlying regulatory mechanism. Int J Mol Med. 2018:3947. https://doi.org/10.3892/ijmm.2018.3947.
Ji J, Shi Z, Xie TT, et al. Responses of GABA shunt coupled with carbon and nitrogen metabolism in poplar under NaCl and CdCl2 stresses. Ecotox Environ Safe. 2020;193:110322. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110322.
Jiao CY, Guo ZJ, Gong JQ, et al. CML8 and GAD4 function in (Z)-3-hexenol-mediated defense by regulating γ-aminobutyric acid accumulation in Arabidopsis. Plant Physiol Bioch. 2022;186:135–44. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.06.023.
Jin XQ, Liu T, Xu JJ, et al. Exogenous GABA enhances muskmelon tolerance to salinity-alkalinity stress by regulating redox balance and chlorophyll biosynthesis. BMC Plant Biol. 2019;19:48. https://doi.org/10.1186/s12870-019-1660-y.
Julkowska MM, Testerink C. Tuning plant signaling and growth to survive salt. Trends Plant Sci. 2015;20:586–94. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2015.06.008.
Kohli SK, Khanna K, Bhardwaj R, et al. Assessment of subcellular ROS and NO metabolism in higher plants: multifunctional signaling molecules. Antioxidants. 2019;8:641. https://doi.org/10.3390/antiox8120641.
Lai Y, Zhang DQ, Wang JM, et al. Integrative transcriptomic and proteomic analyses of molecular mechanism responding to salt stress during seed germination in hulless barley. IJMS. 2020;21:359. https://doi.org/10.3390/ijms21010359.
Laohavisit A, Mortimer JC, Demidchik V, et al. Zea mays annexins modulate cytosolic free Ca2+ and generate a Ca2+-permeable conductance. Plant Cell. 2009;21:479–93. https://doi.org/10.1105/tpc.108.059550.
Lee S, Lee EJ, Yang EJ, et al. Proteomic Identification of annexins, calcium-dependent membrane binding proteins that mediate osmotic stress and abscisic acid signal transduction in Arabidopsis. Plant Cell. 2004;16:1378–91. https://doi.org/10.1105/tpc.021683.
Li JP, Zhao C, Zhang MJ, et al. Exogenous melatonin improves seed germination in Limonium bicolor under salt stress. Plant Signal Behav. 2019;14:1659705. https://doi.org/10.1080/15592324.2019.1659705.
Li LL, Qi Q, Zhang HH, et al. Ameliorative effects of silicon against salt stress in Gossypium hirsutum L. Antioxidants. 2022;11(8):1520. https://doi.org/10.3390/antiox11081520.
Liu G, Fei YJ, Tu M, et al. Effects of CCC and DPC on the cold resistance of Phoebe bournei. Hubei Agr Sci. 2015;54:1403–6. https://doi.org/10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.06.031. (in Chinese with English abstract).
Liu QB, Ding YL, Shi YB, et al. The calcium transporter ANNEXIN1 mediates cold‐induced calcium signaling and freezing tolerance in plants. EMBO J. 2021;40. https://doi.org/10.15252/embj.2020104559.
Mittler R, Zandalinas SI, Fichman Y, et al. Reactive oxygen species signalling in plant stress responses. Nat Rev Mol Cell Biol. 2022;23(10):663–79. https://doi.org/10.1038/s41580-022-00499-2.
Qamer Z, Chaudhary MT, Du X, et al. Review of oxidative stress and antioxidative defense mechanisms in Gossypium hirsutum L. in response to extreme abiotic conditions. J Cotton Res. 2021;4:9. https://doi.org/10.1186/s42397-021-00086-4.
Qiu XM, Sun YY, Ye XY, et al. Signaling role of glutamate in plants. Front Plant Sci. 2020;10:1743. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01743.
Ramesh SA, Tyerman SD, Gilliham M, et al. γ-Aminobutyric acid (GABA) signalling in plants. Cell Mol Life Sci. 2017;74:1577–603. https://doi.org/10.1007/s00018-016-2415-7.
Renault H, Amrani A, Berger A, et al. γ -Aminobutyric acid transaminase deficiency impairs central carbon metabolism and leads to cell wall defects during salt stress in Arabidopsis roots: GABA and central metabolism during salt stress. Plant Cell Environ. 2013;36:1009–18. https://doi.org/10.1111/pce.12033.
Rengasamy P. World salinization with emphasis on Australia. J Exp Bot. 2006;57:1017–23. https://doi.org/10.1093/jxb/erj108.
Seifikalhor M, Aliniaeifard S, Hassani B, et al. Diverse role of γ-aminobutyric acid in dynamic plant cell responses. Plant Cell Rep. 2019;38:847–67. https://doi.org/10.1007/s00299-019-02396-z.
Smirnoff N, Wheeler GL. Ascorbic acid in plants: biosynthesis and function. Crit Rev Plant Sci. 2000;19:267–90. https://doi.org/10.1080/07352680091139231.
Su WH, Zhang C, Wang DJ, et al. The CaCA superfamily genes in Saccharum: comparative analysis and their functional implications in response to biotic and abiotic stress. BMC Genomics. 2021;22:549. https://doi.org/10.1186/s12864-021-07828-3.
Wang YY, Li WJ, Dong HZ. Effects of different chemical treatments on germination and salt resistance of cotton seeds. Shandong Agr Sci. 2010;3:73–6. https://doi.org/10.14083/j.issn.1001-4942.2010.03.014. (in Chinese with English abstract)
Wang N, Tian XL, Duan LS, et al. Metabolism of reactive oxygen species involved in increasing root vigour of cotton seedlings by soaking seeds with mepiquat chloride. Acta Agron Sin. 2014;40:1220. https://doi.org/10.3724/sp.J.1006.2014.01220.
Wang N, Qiao WQ, Liu XH, et al. Relative contribution of Na+/K+ homeostasis, photochemical efficiency and antioxidant defense system to differential salt tolerance in cotton (Gossypium hirsutum L.) cultivars. Plant Physiol Bioch. 2017;119:121–31. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2017.08.024.
Wang N, Wang XR, Shi JB, et al. Mepiquat chloride-priming induced salt tolerance during seed germination of cotton (Gossypium hirsutum L.) through regulating water transport and K+/Na+ homeostasis. Environ Exp Bot. 2019;159:168–78. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2018.12.024.
Wang DJ, Wang J, Zheng JY, et al. Ca2+ and ABA on the accumulation of gaba and flavonoids in germinated Salicornia bigelovii Torr. under NaCl stress. J Food and Nutrition Res. 2021a;9:263–73. https://doi.org/10.12691/jfnr-9-5-4.
Wang N, Wang XR, Zhang HH, et al. Early ABA-stimulated maintenance of Cl- homeostasis by mepiquat chloride priming confers salt tolerance in cotton seeds. The Crop J. 2021b;9:387–99. https://doi.org/10.1016/j.cj.2020.08.004.
Wang N, Wang XR, Qi Q, et al. Analysis of the effects of mepiquat chloride priming on the seedling growth-promoting in cotton under salt stress by multi-omics. Ind Crop Prod. 2022;186:115296. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115296.
Wu H, Tian Y, Wan Q, et al. Genetics and evolution of MIXTA genes regulating cotton lint fiber development. New Phytol. 2018;217:883–95. https://doi.org/10.1111/nph.14844.
Wu Q, Su NN, Huang X, et al. Hypoxia-induced increase in GABA content is essential for restoration of membrane potential and preventing ROS-induced disturbance to ion homeostasis. Plant Communications. 2021;2:100188. https://doi.org/10.1016/j.xplc.2021.100188.
Yang YQ, Guo Y. Unraveling salt stress signaling in plants: Salt stress signaling. J Integr Plant Biol. 2018;60:796–804. https://doi.org/10.1111/jipb.12689.
Yang RQ, Hui QR, Gu ZX. Effects of ABA and CaCl2 on GABA accumulation in fava bean germinating under hypoxia-NaCl stress. Biosci Biotech Bioch. 2016;80:40–546. https://doi.org/10.1080/09168451.2015.1116923.
Zhao CZ, Zhang H, Song CP, et al. Mechanisms of plant responses and adaptation to soil salinity. The Innovation. 2020;1:100017. https://doi.org/10.1016/j.xinn.2020.100017.
Zhou WG, Chen F, Zhao SH, et al. DA-6 promotes germination and seedling establishment from aged soybean seeds by mediating fatty acid metabolism and glycometabolism. J Exp Bot. 2019;70:101–14. https://doi.org/10.1093/jxb/ery247.