主題：GmSALT3通過兩種不同機(jī)制誘導(dǎo)植物排Na+排Cl-響應(yīng)鹽脅迫

期刊：Plant Cell and Environment

影響因子：6.362

研究使用平臺：NMT植物耐鹽創(chuàng)新平臺

標(biāo)題：Soybean CHX-type ion transport proteinGmSALT3 confers leaf Na+ exclusion via a root derived mechanism, and Cl- exclusion via a shoot derived process

第一作者：中國農(nóng)科院作物所關(guān)榮霞，阿德萊德大學(xué)Yue Qu

通訊作者：中國農(nóng)科院作物所邱麗娟，阿德萊德大學(xué)StefanieWege、Matthew Gilliham

K+、Na+、Cl-

爪蟾卵母細(xì)胞

大豆（Glycine max）產(chǎn)量受包括土壤鹽漬化在內(nèi)的多種脅迫影響。GmSALT3（一種陽離子-質(zhì)子交換蛋白）可通過調(diào)節(jié)地上部Na+和Cl–外流來提高大豆耐鹽性，然而，定位于ER的GmSALT3如何實現(xiàn)這一功能還不清楚。本研究分別利用異源系統(tǒng)和包含一個全長GmSALT3（NIL-T；耐鹽）、一個截短轉(zhuǎn)錄本Gmsalt3（NIL-S；鹽敏感）的近等基因系，對GmSALT3的功能進(jìn)行研究。在異源系統(tǒng)中，GmSALT3能夠恢復(fù)大腸桿菌的K+吸收缺陷，促進(jìn)爪蟾卵母細(xì)胞中Na+、K+和Cl–的內(nèi)流和積累，而Gmsalt3卻沒有以上功能。對NILs的時程分析證實，地上部分Cl–外排與Na+外排截然不同。嫁接實驗表明，地上部分的Na+外排是通過基于根木質(zhì)部的機(jī)制發(fā)生的；與此相反，NIL-T植株的莖木質(zhì)部和韌皮部汁液中的Cl–含量均顯著高于NIL-S植株，表明地上部分Cl–的外排可能基于新的韌皮部的Cl–再循環(huán)機(jī)制。嫁接于NIL-S砧木上的NIL-T接穗Cl–含量較低，證實了Cl–再循環(huán)依賴于地上部分的GmSALT3�？傊�，這些發(fā)現(xiàn)為GmSALT3影響植物耐鹽性提供了新的見解，揭示植物地上部Cl–外排的新機(jī)制。

爪蟾卵母細(xì)胞在ND96（96 mM NaCl, 1 mM KCl, 1 mM MgCl2,5 mM HEPES, pH 7.5）中孵育72 h

研究使用非損傷微測技術(shù)（MIFE）測定卵母細(xì)胞質(zhì)膜的凈離子流速，結(jié)果表明，注射GmSALT3的卵母細(xì)胞與注射H2O的卵母細(xì)胞相比，Na+、K+和Cl-的外排減少（圖1）。

圖1. 爪蟾卵母細(xì)胞質(zhì)膜的Na+、K+、Cl-吸收速率。正值表示吸收，負(fù)值表示外排。

·      表達(dá)GmSALT3全長使大腸桿菌中K+含量增加，GmSALT3-YFP、GmSALT3_TM10、AtKAT1和AtCHX20的表達(dá)也增加。

·      GmSALT3-YFP在卵母細(xì)胞中定位到PM。

·      雙電極電壓鉗電生理學(xué)顯示，在ND96培養(yǎng)基中培養(yǎng)時，注入GmSALT3的卵母細(xì)胞的靜息膜電位與注入H2O的卵母細(xì)胞相比更正，但沒有發(fā)現(xiàn)一致的電流差異，這表明通過GmSALT3的運輸可能是電中性的。

·      與注射H2O的卵母細(xì)胞相比，注射GmSALT3的卵母細(xì)胞含有更多的K+、Na+和Cl-。

·      GmSALT3會影響K+、Na+和Cl-在卵母細(xì)胞中跨PM的運輸。

·      使用100mM NaCl處理發(fā)現(xiàn)，NIL-S地上部分、莖和葉中的Cl-、K+含量更高，K+/Na+比卻降低了，NIL-T葉片中的K+/Na+比在脅迫第3 d后才明顯升高。

·      鹽處理10d后，NIL-T的根、莖、葉干重明顯增加。

·      100mM NaCl處理4 d后發(fā)現(xiàn)，Na+、Cl-在NIL-S的所有氣生組織中積累得更多。

·      在根部（主根和側(cè)根），NIL-T比NIL-S積累的Cl-多。

·      100mM NaCl處理4 d后，檢測大豆莖韌皮部和木質(zhì)部汁液中的離子濃度。與NIL-T相比，NIL-S的木質(zhì)部汁液中的Na+濃度明顯更高。與葉片的數(shù)據(jù)相反，NIL-S的木質(zhì)部和韌皮部汁液中的Cl-濃度比NIL-T低。

·      對交互嫁接和自嫁接（self-grafted，對照）的植株進(jìn)行100 mM NaCl處理8 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在NIL-S砧木上嫁接NIL-T接穗，葉片Cl-含量比自嫁接NIL-S低。相反，當(dāng)NIL-S接穗嫁接到NIL-T砧木上時，葉片中Cl-含量與自嫁接NIL-S相比差異不顯著。與自接NIL-T植株相比，自接NIL-S植株的Cl-含量要高得多。

·        TEM（透射電子顯微鏡）成像觀察NIL-T和NIL-S韌皮部的超微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)鹽處理后的NIL-T和NIL-S在根系韌皮部細(xì)胞中的形態(tài)沒有差異差異，表明缺乏全長GmSALT3不會破壞亞細(xì)胞形態(tài)，離子流速的變化更可能是GmSALT3誘導(dǎo)排鹽的直接原因。

結(jié)論

綜上所述，本工作對GmSALT3在植物體內(nèi)和異源系統(tǒng)中的耐鹽機(jī)制提供了進(jìn)一步的認(rèn)識。研究認(rèn)為，在NIL-T中，全長GmSALT3通過限制Na+在木質(zhì)部的裝載介導(dǎo)Na+和Cl-從地上部分排出，而Cl-則通過韌皮部從地上部分重新轉(zhuǎn)移回根。這是第一次發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)能促進(jìn)植物韌皮部的Cl-再循環(huán)，并使植物具有更好的耐鹽性。本研究的數(shù)據(jù)還表明，GmSALT3是一個具有運輸能力的內(nèi)膜定位蛋白，但還不能說明GmSALT3通過不同細(xì)胞類型來改變不同轉(zhuǎn)運過程的確切的細(xì)胞機(jī)制，這需要進(jìn)一步研究。利用NIL-T和NIL-S植物進(jìn)行RNA測序，可能有助于研究GmSALT3是否通過影響轉(zhuǎn)錄而賦予大豆耐鹽性，以及在鹽脅迫條件下， NIL-T和NIL-S的根部有哪些獨特的途徑和基因可能發(fā)生明顯變化。

5 mM NaCl, 0.2 mM KCl, 0.2 mM CaCl2,5 mM HEPES, pH 7.5

關(guān)鍵詞：鹽耐受；非生物脅迫；大豆；GmSALT3；CHX；離子轉(zhuǎn)運體；地上部分外排