您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
聯(lián)盟澳洲專家：HKT1;5通過(guò)調(diào)節(jié)鈉/鉀穩(wěn)態(tài)傳遞鈣信號(hào)促植物耐鹽
基本信息
主題：HKT1;5通過(guò)調(diào)節(jié)Na+/K+穩(wěn)態(tài)傳遞Ca2+信號(hào)促植物耐鹽
期刊：International Journal of Molecular Sciences
影響因子：4.556
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：Sergey Shabala（塔斯馬尼亞大學(xué)、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院）、Mohammad Alnayef（塔斯馬尼亞大學(xué)）
檢測(cè)離子/分子指標(biāo)
K+、Ca2+、Na+
檢測(cè)樣品
水稻及其近等基因系SKC1（NIL- SKC1）根伸長(zhǎng)區(qū)（距根尖頂端1.2 mm根表上的點(diǎn)）、成熟區(qū)（距根尖頂端15 mm根表上的點(diǎn)）、木質(zhì)部薄壁細(xì)胞
中文摘要
有報(bào)道稱OsHKT1;5基因是水稻耐鹽的關(guān)鍵決定因素。該基因由SKC1基因座攜帶，其作用歸因于木質(zhì)部Na+的卸載。但是沒(méi)有直接的證據(jù)能證明這個(gè)觀點(diǎn)。此外，SKC1在向地上部分裝載和運(yùn)輸K+方面還有待解釋。本研究采用非損傷微測(cè)技術(shù)（MIFE）比較了野生型（WT）和NIL（SKC1）植物根木質(zhì)部薄壁細(xì)胞Na+的吸收動(dòng)力學(xué)。研究數(shù)據(jù)表明，在WT中觀察到Na+的重吸收，而在NIL（SKC1）中沒(méi)有該現(xiàn)象，從而研究質(zhì)疑了HKT1;5作為轉(zhuǎn)運(yùn)體在木質(zhì)部直接清除Na+中的功能作用。相反，HKT1;5表達(dá)水平的改變了水稻表皮和中柱中K+和Ca2+吸收及穩(wěn)態(tài)相關(guān)的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，從而解釋了觀察到的表型。本研究的結(jié)論是，HKT1;5在植物耐鹽性中的作用不能僅僅歸因于降低木質(zhì)部汁液中Na+的濃度，而是觸發(fā)了在脅迫條件下參與維持植物離子穩(wěn)態(tài)和信號(hào)傳遞的其他轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性的復(fù)雜反饋調(diào)節(jié)。
離子/分子流實(shí)驗(yàn)處理
80 mM NaCl或10 mM H2O2實(shí)時(shí)處理
離子/分子流實(shí)驗(yàn)結(jié)果
研究采用非損傷微測(cè)技術(shù)（MIFE），測(cè)定了NIL（SKC1）水稻木質(zhì)部薄壁組織的Na+流速。當(dāng)向WT植株根中柱施加80 mM NaCl（模擬木質(zhì)部汁液Na+濃度的增加）時(shí)，可測(cè)出強(qiáng)烈而持續(xù)的Na+吸收（圖1A, C）。從功能上講，這種吸收與根系木質(zhì)部（通過(guò)HKT1;5或其他轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)）對(duì)Na+的重吸收是一致的。然而，在NIL（SKC1）中，這種吸收是不存在的。相反，KD株系的木質(zhì)部薄壁細(xì)胞對(duì)Na+的吸收甚至比WT系略高（圖1A, C）。
然后研究檢測(cè)了NaCl處理對(duì)K+跨根木質(zhì)部薄壁細(xì)胞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)的影響（圖1B, D），結(jié)果發(fā)現(xiàn)NaCl處理會(huì)導(dǎo)致三個(gè)株系都產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的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。
然后研究想知道改變HKT1;5表達(dá)是否會(huì)影響根表皮膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能活性。研究首先比較了三個(gè)株系根表皮Na+的吸收模式（圖2A, B）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Na+吸收的大小為NIL（SKC1）＞W(wǎng)T＞KD，表明薄壁細(xì)胞的HKT1; 5表達(dá)水平的變化強(qiáng)烈影響根表皮對(duì)Na+的吸收。
H2O2在陽(yáng)離子滲透通道對(duì)H2O2的鹽度適應(yīng)性響應(yīng)和敏感性中起重要作用。因此，研究比較了H2O2誘導(dǎo)的三種基因型根表皮Ca2+流速的大?。▓D4）。與之前的研究結(jié)果類似，H2O2誘導(dǎo)了瞬時(shí)Ca2+內(nèi)流，大小為KD>WT>NIL（SKC1）。因此，在NIL（SKC1）中過(guò)表達(dá)HKT1;5，降低了Ca2+滲透陽(yáng)離子通道對(duì)H2O2的敏感性，可能影響植物感知和響應(yīng)鹽脅迫的能力。
圖4. 10 mM H2O2處理下水稻根系伸長(zhǎng)區(qū)Ca2+流速。（A）WT的根伸長(zhǎng)區(qū)瞬時(shí)Ca2+流速。（B）NIL（SKC1）、WT和Oshkt1,5（KD）根表皮細(xì)胞Ca2+流速峰值。請(qǐng)注意，此圖正值表示吸收，負(fù)值表示外排。
圖5. 水稻根伸長(zhǎng)區(qū)Ca2+流速檢測(cè)圖
其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果
- NIL（SKC1）在伸長(zhǎng)區(qū)和成熟根區(qū)HKT1;5的表達(dá)量均顯著高于WT，并且HKT1;5的轉(zhuǎn)錄水平隨著鹽度的升高而顯著上調(diào)。
- 80 mM NaCl處理1周后，NIL（SKC1）株系表現(xiàn)出較為敏感的表型，與WT相比，葉片褪綠壞死比例較大，相對(duì)地上部和根系干重顯著降低。
- NIL（SKC1）植物在鹽條件下積累了較多的K+，但也有較多的Na+。后者的結(jié)果顯然與SKC1可以去除地上部分Na+的作用不符。
- 研究比較了WT和SKC1植物根系中影響植物離子穩(wěn)態(tài)的一些關(guān)鍵基因表達(dá)水平的變化。多個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)水平存在顯著差異；這種差異也表現(xiàn)出強(qiáng)烈的時(shí)間依賴性和組織依賴性（例如，在伸長(zhǎng)區(qū)和成熟根區(qū)有不同的響應(yīng)模式）。特別是，NIL（SKC1）在對(duì)照和鹽脅迫下RBOH轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)均有所降低（在兩個(gè)根區(qū)），而RBOHD在伸長(zhǎng)區(qū)表達(dá)量要高得多。此外，與WT相比，在鹽脅迫下，NIL（SKC1）的GORK表達(dá)降低，而RBOHD轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)增加。此外，兩個(gè)根區(qū)的SOS1轉(zhuǎn)錄水平都較低。
結(jié)論
總的來(lái)說(shuō)本研究結(jié)果表明，由于生物體內(nèi)存在多種反饋回路，利用突變體植物獲得的結(jié)果應(yīng)該非常謹(jǐn)慎地對(duì)待，不能作為有關(guān)特定基因作用的機(jī)理證據(jù)。此外，轉(zhuǎn)錄分析和GUS染色可能具有誤導(dǎo)性，提供的關(guān)于特定轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)作/功能的信息不*。因此，需要更加重視植物體的功能檢測(cè)。
測(cè)試液
0.2 mM NaCl, 0.1 mM CaCl2, 0.2 mM KCl, pH 5.5
儀器采購(gòu)信息
- 據(jù)中關(guān)村NMT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟了解，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院于2018年采購(gòu)了旭月公司的非損傷微測(cè)系統(tǒng)。