다음 | 항저우 기어 박스 유한 회사

Nature Plants 9권, 1103~1115페이지(2023)이 기사 인용

5049 액세스

1 인용

161 알트메트릭

측정항목 세부정보

식물 호르몬인 아브시스산(ABA)은 비생물적 스트레스 하에서 축적되어 물 관계와 발달을 재구성합니다. 고해상도 민감한 리포터의 부족을 극복하기 위해 우리는 애기장대에서 내인성 ABA 패턴을 나타내는 높은 친화도, 신호 대 잡음비 및 직교성을 갖춘 ABA용 차세대 Förster 공명 에너지 전달(FRET) 바이오 센서인 ABACUS2s를 개발했습니다. 우리는 국소 및 전신 ABA 기능에 대한 세포 기반을 밝히기 위해 스트레스로 인한 ABA 역학을 고해상도로 매핑했습니다. 잎의 습도가 감소하면 뿌리 세포는 체관부로 이동되는 ABA 하역 장소인 신장 구역에 ABA를 축적합니다. Phloem ABA와 뿌리 ABA 신호는 모두 낮은 습도에서 뿌리 성장을 유지하는 데 필수적이었습니다. ABA는 잎 스트레스에 대한 뿌리 반응을 조정하여 식물이 수분 흡수를 위해 더 깊은 토양을 계속 채집할 수 있도록 합니다.

식물의 의사결정은 중앙에서 조정되기보다는 분산되어 있지만, 물 부족과 같은 스트레스를 생존하고 극복하려면 대응도 체계적으로 조정되어야 합니다. 앱시스산(ABA)은 다양한 국지적 수분 스트레스 하에서 체계적으로 축적되어 복잡하고 종종 큰 형태에 대한 반응을 조정하는 식물호르몬입니다1. 예를 들어, 뿌리가 낮은 수분 스트레스를 겪을 때 ABA는 잎(기공)의 미세한 구멍을 닫아 전신 수분 손실을 제한합니다2,3,4. 흥미롭게도 잎의 수분 손실은 뿌리 성장 반응과 구조에 변화를 일으킬 수 있습니다. 유전적으로 증산을 증가시키거나 공기 흐름을 증가시켜 애기장대5에서 더 큰 뿌리 시스템을 생성하고 낮은 상대 습도(RH)는 많은 종에서 뿌리 성장을 촉진할 수 있습니다6,7,8. 분자 메커니즘은 아직 파악하기 어렵더라도 탈수 신호로 작용하는 ABA가 이러한 뿌리 성장 반응을 조정할 수 있다고 제안되었습니다5,9. ABA 생합성, 대사 및 전위 부위는 집중적인 연구의 주제이지만, ABA 역학을 제어하는 규제 결정이 이루어지는 조직/세포 규모에서 ABA의 축적 및 고갈을 정량화하는 도구의 한계로 인해 진행이 방해를 받았습니다1,10. 호르몬, 2차 전달자 및 대사에 대한 민감한 리포터, 특히 Förster 공명 에너지 전달(FRET) 바이오센서의 가용성은 식물 개발, 신호 전달 및 광합성 연구에 혁명을 일으키고 있습니다. 이러한 바이오센서는 변화하는 환경 조건에서 식물호르몬을 포함하여 높은 시공간 해상도11에서 생체 내 대사산물을 정량화하는 강력한 도구입니다. 추가 신호 구성 요소가 필요하지 않은 직접 ABA FRET 바이오 센서13,14는 식물 세포 및 세포 이하 구획에서 ABA 정량화를 넘어 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 예를 들어 병원성 진균을 합성하는 ABA, ABA가 사이토카인인 인간 과립구 또는 시험관 내에서 정제된 단백질을 사용하여 유전자 변형이 어려운 유기체의 추출물에서 사용됩니다. 그러나 기존 ABA FRET 바이오센서인 ABAleons 및 Abscisic Acid Concentration and Uptake Sensors 1(ABACUS1s)13,14,20은 ABA를 쉽게 정량화하는 데 필요한 신호 대 잡음비 또는 친화도 측면에서 모든 장점이 부족합니다. 따라서 우리는 차세대 ABA 바이오 센서를 설계하여 잎 습도 스트레스에 반응하여 세포 ABA 역학 및 동원을 분석하고 먼 새싹 스트레스에 반응하여 국소 뿌리 성장을 유지하는 ABA의 체계적인 역할을 확립하기 위해 이를 배치했습니다.

ABAleons 및 ABACUS1 바이오 센서에서 ABA 감각 도메인은 링커를 통해 한 쌍의 형광 단백질13,14(FP)에 연결됩니다(보충 그림 1). 이러한 FP 사이의 방향과 거리는 FRET를 통해 기증자 FP에서 수용체 FP21로의 여기 에너지 전달을 결정합니다. 감각 영역에서 리간드에 의해 유발된 구조적 변화는 FP의 상대적 위치를 변경하며, 이는 기증자를 자극하고 상대 수용체 및 기증자 방출의 변화를 측정하여 감지할 수 있습니다(이하 방출 비율 변화라고 함).

>CYP707A3 and SUC2pro::XVE>>CYP707A3 in response to a 7 h foliar humidity drop 24 h after a shoot spray of 50 µM β-estradiol scored immediately after humidity treatment. Two-way ANOVA (Treatment F = 10.91, P < 0.0001, d.f. = 3; Genotype F = 51.57, P < 0.0001, d.f. = 2; Interaction F = 3.063, P = 0.0057, d.f. = 6; n = 81, 90, 70, 70, 58, 70, 67, 68, 116, 67, 85, 111 biologically independent roots from left to right). A Holm-Sidak post hoc test was used for multiple comparisons. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001. For violin/boxplots, centre line indicates median; box limits indicate upper and lower quartiles; whiskers indicate the upper/lower adjacent values./p>>CYP707A3) or was ubiquitous (UBQ10pro::XVE>>CYP707A3), root growth was inhibited at low foliar humidity (Fig. 4e). Taken together, our results indicate that phloem ABA and root tip ABA signalling regulate root growth during a distal humidity stress in leaves./p>>CYP707A3, UBQ10pro::XVE>>CYP707A3 and UBQ10pro::XVE>>NCED3 in pHm43GW (ref. 56). Gateway cloning was performed following manufacturer instructions./p>>CYP707A3 induction pretreatment experiments, 24 h before humidity treatment, plates were opened, sprayed with 50 µM β-estradiol, 0.25% DMSO, 0.05% Silwett-77 or mock solution (0.25% DMSO and 0.05% Silwett-77). Excess solution was removed with a paper towel, and plates were resealed and replaced in the growth chamber./p>

3 in all cases. Further details in Supplementary Table 1./p>

블로그

다음