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必備技術。2005年~2020年，NMT已紮根中國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發現內源氫提升質子泵及Na-H逆向轉運體活性促植物耐鹽
期刊：Plant Cell &Environment
影響因子：6.362
研究使用平臺：NMT植物耐鹽創新平臺
標題：Molecular hydrogen-induced salinity tolerance requires melatonin signalling inArabidopsis thaliana
作者：南京農業大學沈文飈、蘇久廠
檢測離子/分子指標
Na+、K+、H+
檢測樣品
擬南芥根（距根尖400 μm根表上的點）
中文摘要（谷歌機翻）
褪黑素（MT）在鹽分脅迫耐受性中發揮積極作用。但是，調節MT的上遊信號組件知之甚少。在這裡，我們報告內源性MT在擬南芥的鹽度響應中作用於分子氫（H2）的下遊。來自萊茵衣藻的富氫水的添加和hydroase1基因（CrHYD1）的表達增加了內源性H2和MT水平，並提高了耐鹽性。沒有血清素N-乙醯基轉移酶基因（SNAT）時，未觀察到這些結果。H2增加了野生型和CrHYD1品系中SNAT轉錄物的水平，其中Na+/K+比率較低，而離子運輸相關基因轉錄物的水平較高。在atsnat/CrHYD1-4雜交種中未觀察到這些變化。在CrHYD1植物中觀察到的MT依賴性Na+外排增加，至少部分是由於跨質膜的Na+/H+逆向轉運增強所致。在atsnat/CrHYD1-4雜交種中，內源性H2誘導的MT依賴離子和氧化還原穩態的調節受到損害。綜上所述，這些結果表明，MT誘導的鹽度耐受性是由H2信號級聯誘導的，該信號級聯響應鹽度調節離子和氧化還原穩態。
離子/分子流實驗處理方法
5日齡擬南芥幼苗，
①135 mM NaCl處理2 d
② 135 mM NaCl實時處理
③500 μM原釩酸鹽（PM H+-ATPase抑制劑）處理30 min
④100 μM阿米洛利（Na+/H+逆向轉運蛋白抑制劑）處理30 min
離子/分子流實驗結果
在對照條件下，WT、CrHYD1-3、CrHYD1-4、atsnat/CrHYD1-4和atsnat幼苗之間的淨Na+、H+和K+流速差異不顯著（圖1A-C）。在NaCl脅迫下，CrHYD1-3和CrHYD1-4植株根系Na+外排速率和H+內流速率均高於WT（圖1A, B）。同時，atsnat/CrHYD1-4雜交種與WT的Na+外排速率和H+內流速率變化差異不顯著。相反，atsnat根中的Na+外排速率和H+內流速率低於atsnat/CrHYD1-4雜交種和WT。研究還觀察到CrHYD1-3和CrHYD1-4植株的根表現出比WT更低的淨K+外排速率（圖1C），而atsnat/CrHYD1-4根中的K+外排速率與WT相同。與WT和atsnat/CrHYD1-4相比，在atsnat根中也觀察到更高的淨K+外排速率（圖1C）。
接下來，研究監測了鹽脅迫對擬南芥根系實時K+流速的影響。如圖1D所示，與WT相比，CrHYD1-3和CrHYD1-4的實時K+流速對NaCl實時處理的敏感性較低。但是，atsnat/CrHYD1-4的實時K+外排速率與WT相似。相反，與atsnat/CrHYD1-4和WT植物相比，atsnat突變體具有更高的實時K+外排速率。另外，NaCl實時處理期間根系中K+流速的平均值也顯示出類似的趨勢（圖1E）。綜上，褪黑素（Melatonin，MT）可能在鹽脅迫下對內源性H2誘導的離子轉運起積極的調節作用。
圖1. 幼苗根系穩態和實時離子流速的變化情況
在NaCl脅迫下，檢測了質膜轉運體抑制劑對WT，CrHYD1-3，CrHYD1-4，assnat/CrHYD1-4和atsnat幼苗根中Na+、H+或K+流速的影響。當NaCl處理的根用原釩酸鹽或阿米洛利處理時，尤其是阿米洛利對Na+外排的抑制更為明顯（圖2A）。類似地，H+內流被原釩酸鹽或阿米洛利阻斷，尤其是原釩酸鹽（圖2B）。這些結果表明MT介導的Na+外排，部分通過Na+/H+逆向轉運蛋白穿過質膜，對內源性H2誘導的耐鹽性起重要作用。同樣，上述結果也表明，在擬南芥內源性H2誘導的鹽耐受性中，液泡Na+區隔化的能力增加，並通過MT誘導的定位於液泡膜的Na+/H+逆向轉運體表達得到證實。一些研究報導表明，鹽誘導的K+流速由PM H+-ATPase介導。此外，Na+/H+逆向轉運體也可能介導鹽脅迫下的K+運輸。在本研究中，原釩酸鹽和阿米洛利不同程度地增加了NaCl脅迫下擬南芥的K+外排速率（圖2C）。
圖2. NaCl脅迫下原釩酸鹽和阿米洛利對Na+、H+和K+淨流速的影響
其他實驗結果
MT在內源性H2介導的擬南芥耐鹽性中起下遊信號分子的作用。MT在內源性H2誘導的離子穩態中發揮作用，對耐鹽性具有積極作用。MT介導的抗氧化防禦是擬南芥內源H2誘導的耐鹽性所必需的。結論
這項研究的結果表明，在涉及內源性H2和MT的網絡中，這些參與者調節離子和氧化還原穩態，最終增強耐鹽性（圖3）。該研究表明，內源性H2引發的SNAT依賴性MT的產生，至少有一部分是耐鹽性所必需的。內源性H2是如何調控MT的合成的，目前仍未完全了解。響應鹽脅迫，H2和MT均可用於脅迫誘導的信號傳導途徑，其他共享的轉導成分可能在替代途徑上發揮積極的調節作用。所以，應探討內源H2提高植物耐鹽性的其他下遊信號。針對這一問題，還需要進一步研究。
圖3. 擬南芥幼苗耐鹽模型的建立：內源H2和MT之間的相互作用
測試液
0.1 mM CaCl2, 0.1 mM KCl, 0.1 mM NaCl,0.3 mM MES,pH 6.5
關鍵詞：擬南芥；內源H2；褪黑素；耐鹽性