如何利用Plantarray高通量植物生理表型平臺提高植物抗逆性和產(chǎn)量

異水植物被認(rèn)為比等水植物更耐旱。然而，決定植物水勢在白天是否保持不變的分子機制尚不清楚，而與蒸發(fā)需求量無關(guān)（等水植物與異水植物）。假設(shè)水通道蛋白參與了決定植物等水閾值的分子機制。利用計算挖掘出一個關(guān)鍵的液泡膜水通道蛋白，液泡膜固有蛋白2；2（SlTIP2；2）在番茄（Solanum lycopersicum）水通道蛋白多功能基因大家族中，基于其對非生物脅迫的誘導(dǎo)而被選擇。SlTIP2型；2株轉(zhuǎn)化植株（TOM-SlTIP2；2） 在細(xì)胞水平和全株水平上與對照進行了比較。SlTIP2的組成性表達；2提高了細(xì)胞的滲透水的滲透性和植株的蒸騰速率。在干旱條件下，這些植物比對照植物的蒸騰量大，持續(xù)時間更長，達到了較低的相對含水量，這是異水植物的特征。在連續(xù)3年的商業(yè)溫室試驗中，TOM-SlTIP2；2在正常和水分脅迫條件下，果實產(chǎn)量、收獲指數(shù)和植株質(zhì)量均顯著高于對照。綜上所述，控制液泡膜透水性的調(diào)控機制可能在確定整個植物的水分閾值，從而決定其非生物脅迫耐受性方面發(fā)揮作用。

圖1. 番茄液泡膜內(nèi)在蛋白2的經(jīng)濟果實總產(chǎn)量、植株生物量和收獲指數(shù)；2（SlTIP2；2） -轉(zhuǎn)化（TOM-SlTIP2；2）（黑框）與對照（白框）在200mMNaCl灌溉制度下或在兩種不同水分脅迫條件下在商業(yè)溫室中生長的植物

在鹽脅迫田間試驗中，轉(zhuǎn)基因和對照番茄植株連續(xù)灌溉含有180-200 mM NaCl的水。TOM-SlTIP2;2植株在兩次田間試驗中的平均活力均高于對照植株，表現(xiàn)為較大的植株，葉片和較輕的莖壞死癥狀（圖1j），并且比對照植株積累了更高的果實產(chǎn)量（圖1a）。水分脅迫下，TOM-SlTIP2;2植物的生物量顯著高于對照植物（26%）（圖1），這也與相對輕度（WLI-1）和更嚴(yán)重（WLI-2）缺水脅迫下的果實產(chǎn)量的顯著（高達21%）增加有關(guān)。此外，TOMS1TIP2;2植株的收獲指數(shù)顯著高于（20%）輕度水分脅迫下的對照（WLI-1），與更嚴(yán)重干旱脅迫下的對照植株（WLI-2）的收獲指數(shù)相似；圖 1f)。

圖2. 番茄液泡膜內(nèi)源蛋白2的相對蒸騰速率；2（SlTIP2；2） -轉(zhuǎn)化（TOM-SlTIP2；2）（黑框）與對照（白框）在商業(yè)溫室盆栽中生長的植物

為了進一步闡明這種調(diào)節(jié)功能對整株植物水分平衡的影響，試驗測量了在有利的生長條件以及鹽、水分脅迫下的整株蒸騰速率。在施用 100 mM NaCl后的第1天和第3天，在正常生長條件下，TOM-SlTIP2;2-轉(zhuǎn)基因植物的蒸騰速率和相對蒸騰作用顯著高于對照植物（圖2a、b）（圖2c、d)，以及從該鹽脅迫恢復(fù)的第一天（圖2e）。一旦消除鹽分脅迫，植物就會恢復(fù)到脅迫前的蒸騰水平（圖2e）。盡管水分脅迫顯著降低了所有植物的蒸騰水平，但TOM-SlTIP2的相對蒸騰水平在葉片膨大損失點（圖2f）之前，兩株植物顯著高于對照植物，與對照植物相似（圖2g），從水分脅迫恢復(fù)后與對照植物相似（圖2h）。此外，與對照植物相比，TOM-S1TIP2;2植物中有明顯更大的氣孔孔徑，可能解釋TOM-S1TIP2;2植株更高的蒸騰作用。與遭受干旱脅迫的對照植物相比，這種較高且持續(xù)時間較長的失水導(dǎo)致TOM-SlTIP2的相對含水量較低。