华中农大吴洪洪组揭示四氧化三锰纳米颗粒提高玉米抗旱性的机制

背景介绍

玉米是一种重要的谷类作物，在全球范围内，其产量约占粮食总产量的36%【1】。干旱是限制玉米产量和质量的主要非生物胁迫之一，在干旱胁迫下，其产量显著下降45-60%【2】。四氧化三锰纳米颗粒（Mn3O4 NPs）是一种具有良好的活性氧（ROS）清除能力的纳米拟酶，同时还具有稳定性好、粒径小、制备容易、生物相容性好等优点【3】。该团队前期研究发现Mn3O4 NPs在提高植物耐盐性中具有巨大的应用潜力【4】，但是该材料在提高作物抗旱性却鲜有报道。因此，深入解析Mn3O4 NPs提高玉米抗旱性的机制，不仅可以充实作物纳米抗逆生物学的理论依据，而且可以为玉米抗旱实践应用提供新的技术方案。

主要内容

近日，华中农业大学植物科学技术学院吴洪洪教授课题组在Advanced Biology在线发表了题为“Mn3O4 nanoparticles alleviate ROS-inhibited root apex mitosis activities to improve maize drought tolerance”的研究论文。该研究发现在干旱胁迫下，聚丙烯酸修饰的Mn3O4 NPs（PMO）可以通过维持ROS稳态来提高根尖细胞的有丝分裂能力，从而提高玉米的抗旱性。研究人员不仅表明PMO可以成为提高玉米抗旱性的良好纳米调节剂，而且还表明PMO具有调节植物细胞有丝分裂活性的能力。

研究人员合成了PMO，并且通过根部施用PMO，发现PMO显著提高了玉米的抗旱能力，表现为PMO显著提高了干旱胁迫4天后玉米的主根伸长量、地上部长度、鲜重、总蛋白含量，并且显著降低了主根中的丙二醛含量。进一步研究发现，PMO处理的玉米根尖有丝分裂指数显著增加与过氧化氢（H2O2）含量显著减少有关。ROS的组织化学染色和ROS荧光染料的共聚焦成像结果进一步证明PMO处理后的玉米根尖具有显著较低水平的H2O2。最后，我们的研究结果表明，PMO不仅可以通过降低干旱胁迫下玉米根尖的H2O2含量，提高根尖的有丝分裂能力，而且可以成为提高植物耐旱性优异的纳米材料。

部分结果图

作者信息

华中农业大学植物科学技术学院博士生孙桂兰和科研助理董梓豪为该论文的共同第一作者，吴洪洪教授为本文的通讯作者，李召虎教授参与了指导。该研究得到中国国家重点研究发展计划（2022YFD2300205），国家自然科学基金资助计划（32071971，32120103008）和作物新品种选育与高效栽培创新团队（2021-620-534000-001-032）的支持。

吴洪洪教授课题组主要致力于植物纳米抗逆机理及应用、纳米技术介导的小分子递送和纳米智能作物构建等方向的研究。欢迎访问实验室网页：http://nanoplants.hzau.edu.cn/index.htm

原文链接

 https://doi.org/10.1002/adbi.202200317

转自：“iPlants”微信公众号

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