本帖最后由 xuyue_2017 于 2021-5-17 17:21 編輯
基本信息 主題：HKT1;5通過調(diào)節(jié)Na+/K+穩(wěn)態(tài)傳遞Ca2+信號促植物耐鹽 期刊：International Journal of Molecular Sciences 影響因子：4.556 標(biāo)題：Changesin Expression Level of OsHKT1;5 Alters Activity of MembraneTransporters Involved in K+ and Ca2+ Acquisition and Homeostasis inSalinized 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)） 檢測離子/分子指標(biāo) K+、Ca2+、Na+ 檢測樣品 水稻及其近等基因系SKC1（NIL- SKC1）根伸長區(qū)（距根尖頂端1.2 mm根表上的點）、成熟區(qū)（距根尖頂端15 mm根表上的點）、木質(zhì)部薄壁細胞 中文摘要（谷歌機翻） 有報道稱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。但是沒有直接的證據(jù)能證明這個觀點。此外，SKC1在向地上部分裝載和運輸K+方面還有待解釋。本研究采用非損傷微測技術(shù)（MIFE）比較了野生型（WT）和NIL（SKC1）植物根木質(zhì)部薄壁細胞Na+的吸收動力學(xué)。研究數(shù)據(jù)表明，在WT中觀察到Na+的重吸收，而在NIL（SKC1）中沒有該現(xiàn)象，從而研究質(zhì)疑了HKT1;5作為轉(zhuǎn)運體在木質(zhì)部直接清除Na+中的功能作用。相反，HKT1;5表達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)和信號傳遞的其他轉(zhuǎn)運蛋白活性的復(fù)雜反饋調(diào)節(jié)。 離子/分子流實驗處理 80 mM NaCl或10 mM H2O2實時處理 離子/分子流實驗結(jié)果 研究采用非損傷微測技術(shù)（MIFE），測定了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，可測出強烈而持續(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HKT1;5或其他轉(zhuǎn)運系統(tǒng)）對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)部薄壁細胞對Na+的吸收甚至比WT系略高（圖1A, C）。 然后研究檢測了NaCl處理對K+跨根木質(zhì)部薄壁細胞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運的影響（圖1B, D），結(jié)果發(fā)現(xiàn)NaCl處理會導(dǎo)致三個株系都產(chǎn)生一個瞬時的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。
圖1. 80 mM NaCl實時處理下木質(zhì)部薄壁細胞的Na+和K+流速。（A, B）NIL（SKC1）、WT和Oshkt1;5（4A-02764）敲除株系（KD）瞬時Na+（A）和K+（B）流速。（C, D）Na+和K+流速的平均值。請注意，此圖正值表示吸收，負值表示外排。
然后研究想知道改變HKT1;5表達是否會影響根表皮膜轉(zhuǎn)運蛋白的功能活性。研究首先比較了三個株系根表皮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，表明薄壁細胞的HKT1; 5表達水平的變化強烈影響根表皮對Na+的吸收。 NaCl誘導(dǎo)的根表皮細胞K+損失大小為：NIL（SKC1）＞W(wǎng)T＞KD （圖2C-E）。在兩個根區(qū)都觀察到這種變化。與成熟區(qū)（MZ）相比，伸長區(qū)（EZ）的K+損失要強得多。
圖2. 不同根區(qū)的根表皮細胞在80 mM NaCl實時處理下Na+和K+流速。（A）WT植株伸長區(qū)瞬時Na+流速。（B）NIL（SKC1）、WT和Oshkt1,5（4A-0.2764）敲除（KD）株系在伸長區(qū)測得的Na+吸收峰值。（C）WT植株根伸長區(qū)和成熟區(qū)瞬時K+流速。（D, E）分別為NIL（SKC1）、WT和Oshkt1,5植株根伸長區(qū)和成熟根區(qū)脅迫后30 min內(nèi)的K+流速。請注意，此圖正值表示吸收，負值表示外排。
Na+/H+交換體的運行受SOS途徑的控制，這一過程的關(guān)鍵步驟是鹽脅迫引起的胞質(zhì)游離Ca2+含量增加。胞漿Ca2+的這種變化對于調(diào)節(jié)NADPH氧化酶的運作也是必不可少的，它通過促發(fā)性ROS的產(chǎn)生影響陽離子通道的活性。因此，研究比較了上述水稻HKT1;5株系中NaCl誘導(dǎo)的Ca2+流速變化（圖3）。實時NaCl處理會引起短暫的Ca2+外流，然而，這種反應(yīng)在EZ中更強烈，在瞬態(tài)反應(yīng)結(jié)束后，Ca2+流速值仍然為負，表明有一些主動的Ca2+外排系統(tǒng)參與其中。Ca2+外排順序是NIL（SKC1）<WT<KD，這表明HKT1;5在NIL（SKC1）的過度表達損害了其中一個Ca2+外排系統(tǒng)（Ca2+-ATPase或CAX交換器）的運行。
圖3. 不同根區(qū)的根表皮細胞在80 mM NaCl實時處理下Ca2+流速。（A）WT植株根伸長區(qū)和成熟區(qū)的瞬時Ca2+流速。（B, C）NIL（SKC1）、WT和Oshkt1,5植株根的伸長區(qū)和成熟根區(qū)在脅迫后30 min內(nèi)的Ca2+流速平均值。請注意，此圖正值表示吸收，負值表示外排。 H2O2在陽離子滲透通道對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Ca2+內(nèi)流，大小為KD>WT>NIL（SKC1）。因此，在NIL（SKC1）中過表達HKT1;5，降低了Ca2+滲透陽離子通道對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區(qū)Ca2+流速。（A）WT的根伸長區(qū)瞬時Ca2+流速。（B）NIL（SKC1）、WT和Oshkt1,5（KD）根表皮細胞Ca2+流速峰值。請注意，此圖正值表示吸收，負值表示外排。
圖5. 水稻根伸長區(qū)Ca2+流速檢測圖
其他實驗結(jié)果 · NIL（SKC1）在伸長區(qū)和成熟根區(qū)HKT1;5的表達量均顯著高于WT，并且HKT1;5的轉(zhuǎn)錄水平隨著鹽度的升高而顯著上調(diào)。 · 80mM 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)鍵基因表達水平的變化。多個轉(zhuǎn)運蛋白基因的表達水平存在顯著差異；這種差異也表現(xiàn)出強烈的時間依賴性和組織依賴性（例如，在伸長區(qū)和成熟根區(qū)有不同的響應(yīng)模式）。特別是，NIL（SKC1）在對照和鹽脅迫下RBOH轉(zhuǎn)錄本的表達均有所降低（在兩個根區(qū)），而RBOHD在伸長區(qū)表達量要高得多。此外，與WT相比，在鹽脅迫下，NIL（SKC1）的GORK表達降低，而RBOHD轉(zhuǎn)錄本的表達增加。此外，兩個根區(qū)的SOS1轉(zhuǎn)錄水平都較低。 結(jié)論 總的來說本研究結(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)該非常謹慎地對待，不能作為有關(guān)特定基因作用的機理證據(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)運蛋白運作/功能的信息不完全。因此，需要更加重視植物體的功能檢測。 測試液 0.2 mM NaCl, 0.1 mM CaCl2, 0.2 mM KCl, pH 5.5 儀器采購信息 · 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年采購了旭月公司的非損傷微測系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：鹽脅迫；木質(zhì)部裝載；鈉；鉀；SKC1；HAK5；GORK；RBOHD；表皮；中柱
聯(lián)盟澳洲專家S Shabala：HKT1;5通過調(diào)節(jié)Na+/K+穩(wěn)態(tài)傳遞Ca2+信號促植物耐鹽 | 
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