基本信息

主題：HKT1;5通過調(diào)節(jié)植物鈉鉀鈣離子穩(wěn)態(tài)響應(yīng)鹽脅迫

期刊：International Journal of Molecular Sciences

影響因子：4.556

研究使用平臺：NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺

標(biāo)題：Changes in Expression Level of OsHKT1;5 Alters Activity of Membrane Transporters Involved in K⁺and Ca²⁺ Acquisition and Homeostasis in Salinized Rice Roots

作者：塔斯馬尼亞大學(xué)Sergey Shabala，Mohammad Alnayef

檢測離子/分子指標(biāo)

K⁺、Na⁺、Ca²⁺

檢測樣品

水稻根伸長區(qū)（距離根尖1.2 mm根表上的點(diǎn)）、成熟區(qū)（距離根尖15 mm根表上的點(diǎn)）、根木質(zhì)部薄壁細(xì)胞

離子/分子流實驗處理

5日齡水稻水培幼苗80 mM NaCl實時處理

當(dāng)向WT植株根施加80 mM NaCl（模擬木質(zhì)部汁液Na⁺濃度的增加）時，可測到強(qiáng)烈而持續(xù)的凈Na⁺吸收（圖1A, C）。從功能上講，這種吸收與根木質(zhì)部對Na⁺的重吸收是一致的（無論是通過HKT1;5還是通過一些其他運(yùn)輸系統(tǒng)）。然而，在NIL（SKC1）中，沒有這種吸收。相反，敲低（Knockdown, KD）株系表現(xiàn)出木質(zhì)部薄壁細(xì)胞對Na⁺的凈吸收甚至略高于WT（圖1A，C）。這些結(jié)果與本文全株Na⁺含量數(shù)據(jù)結(jié)果一致。

然后，研究測定了NaCl對K⁺在根星狀組織（stellar tissue）質(zhì)膜上傳輸?shù)挠绊懀▓D1B，D）。在所有3個株系中，NaCl加入到溶液中，導(dǎo)致了瞬時的凈K⁺外排。從功能上看，在植物體內(nèi)，這相當(dāng)于NaCl誘導(dǎo)的K⁺向蒸騰流中的裝載。K⁺外排速率的大小為NIL（SKC1）>WT>KD，與本研究在NIL（SKC1）株系地上部積累較高的K⁺結(jié)果一致。

圖1. 80 mM NaCl實時處理對木質(zhì)部薄壁細(xì)胞凈Na⁺和K⁺流速的影響。(A, B) NIL (SKC1)、WT和Oshkt1;5 (4A-02764)敲低株系(KD)的實時Na⁺(A)和K⁺ (B)流速。(C, D)分別為脅迫后30 min內(nèi)Na⁺和K⁺流速的平均值。正值表示吸收，負(fù)值表示外排。

圖2. 80 mM NaCl實時處理下根表皮細(xì)胞凈K⁺、Na⁺流速的變化情況。(A)從WT伸長區(qū)測得的實時Na⁺流速。(B) NIL (SKC1)、WT和Oshkt1;5 (4A-0.2764)(KD)株系在伸長區(qū)測得的Na⁺吸收峰值。(C)從WT伸長區(qū)和成熟區(qū)測得的實時K⁺流速。(D, E )分別為NIL (SKC1)、WT和Oshkt1;5株系伸長區(qū)和成熟根區(qū)脅迫后30 min內(nèi)的K⁺流速。正值表示吸收，負(fù)值表示外排。

水稻HKT1;5株系在實時NaCl處理下，引起Ca²⁺瞬時外排（圖3），可能是由于細(xì)胞壁的Donnan交換引起的。然而，這種反應(yīng)在EZ中更為強(qiáng)烈，在瞬時反應(yīng)結(jié)束時，凈Ca²⁺流速值仍然為負(fù)值，表明一些活躍的Ca²⁺外排系統(tǒng)的參與。這種凈Ca²⁺外排的順序發(fā)生了變化，NIL（SKC1）<WT<KD，這表明在NIL（SKC1）中HKT1;5的過表達(dá)破壞了其中一個Ca²⁺外排系統(tǒng)（Ca²-ATPase或CAX交換器）的運(yùn)行。

圖3. 80 mM NaCl實時處理下根表皮細(xì)胞凈Ca²⁺流速的變化情況。(A)從WT植物的伸長區(qū)和成熟區(qū)測得的實時Ca²⁺流速；(B,C)分別從NIL(SKC1)、WT和Oshkt1;5植株的伸長區(qū)和成熟根區(qū)測得脅迫后30 min內(nèi)的平均Ca²⁺流速。正值表示吸收，負(fù)值表示外排。

其他實驗結(jié)果

• NIL（SKC1）植物根伸長區(qū)和成熟區(qū)HKT1;5的表達(dá)均顯著高于WT，并且HKT1;5的轉(zhuǎn)錄水平隨著鹽分的升高而顯著上調(diào)。

• 鹽脅迫下，NIL（SKC1）表現(xiàn)出更敏感的表型，與WT相比，葉子萎蔫和壞死的比例更大，地上部和根干重顯著降低。

• NIL（SKC1）植株在鹽脅迫下積累了很多的K⁺和Na⁺。

• NIL（SKC1）植株在對照和鹽脅迫下RBOH轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)均有所降低，但在伸長區(qū)RBOHD的表達(dá)要高得多。同時，與WT相比，NIL（SKC1）植株GORK表達(dá)降低，RBOHD表達(dá)增加。同時，兩個根區(qū)的SOS1轉(zhuǎn)錄水平都較低。

結(jié)論

測試液

0.2 mM NaCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.2 mM KCl, pH 5.5