利用Plantarray高通量植物生理表型平臺研究轉基因番茄

Plantarray是一款基于稱重的高通量、多傳感器生理表型平臺以及植物逆境生物學研究通用平臺。該系統(tǒng)可持續(xù)、實時測量位于不同環(huán)境條件下、陣列中每個植株的土壤-植物-空氣（SPAC）中的即時水流動。直接測量根系和莖葉系統(tǒng)水平衡和生物量增加，計算植物生理參數以及植物對動態(tài)環(huán)境的反饋。系統(tǒng)以有效、易用、無損的方式針對植物對不同處理的反應、預測植物生長和生產力進行定量比較，廣泛應用于生物脅迫和非生物脅迫以及植物栽培加速育種研究等，脅迫研究涵蓋干旱脅迫、鹽脅迫、重金屬脅迫、熱、冷脅迫、光脅迫以及灌溉/養(yǎng)分、CO2指示、植物健康等領域的研究。

之前的研究表明降低赤霉素 (GA) 的水平或信號能夠促進植物對環(huán)境脅迫（包括干旱）的耐受性，但潛在機制尚未明確。在本文中研究了活性 GAs 水平降低對番茄 (Solanum lycopersicum) 植株耐旱性的影響以及造成這些影響的機制。為了降低活性 GAs 水平，我們培育了過度表達擬南芥GA甲基轉移酶1（AtGAMT1）基因的轉基因番茄。 AtGAMT1 編碼的一種酶，可催化活性 GA 的甲基化以生成無活性的 GA 甲酯。過度表達 AtGAMT1 的番茄植株表現(xiàn)出典型的 GA 缺乏表型特征以及對干旱脅迫的耐受性增加。 GA應用于轉基因植物恢復了正常生長和對干旱的敏感性。在干旱條件下，轉基因植株由于全株蒸騰作用的減少而保持了較高的葉片水分狀態(tài)，氣孔導度的降低造成了蒸騰作用的降低。 GAMT1的過度表達抑制了葉表皮細胞的增殖，導致氣孔減少而形成更小的氣孔毛孔。在干旱條件下，GA活性降低、蒸騰作用減少的植物可能較少遭受葉片干旱，從而保持較高的能力和恢復率。

關鍵詞：干旱脅迫；GAMT1；番茄；蒸騰

圖1. 在灌溉和干旱脅迫下，AtGAMT1過度表達降低了整個植株的蒸騰作用

圖1表明與對照植物相比，蒸騰作用降低的轉基因植株可以更緩慢地利用土壤中的水分，因此持續(xù)的時間更長。通過實驗確定蒸騰作用的降低以及土壤中水分利用率的增加是 GAMT1 過表達植株對干旱耐受性增加的原因。

圖2. AtGAMT1過度表達減少了葉片大小，增加了氣孔密度

葉面積減少（圖2）可能是轉基因植物整株蒸騰量降低的主要原因。盡管 AtGAMT1 的過表達對葉片數量沒有影響，但它減緩了小葉葉片的生長，所有轉基因品系的整株葉面積都小于對照植物的葉面積（圖2）。用顯微鏡分析了葉背面的表皮組織，該分析顯示所有轉基因品系中的氣孔密度高于對照葉片中的氣孔密度。轉基因株系的氣孔面積與其表型嚴重程度和全株蒸騰速率密切相關。以上結果表明轉基因植株中蒸騰速率的降低是由于氣孔導度的降低造成的。