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基本信息

主題：HKT1;5通過調節植物鈉鉀鈣離子穩態響應鹽脅迫

期刊：International Journal of Molecular Sciences

影響因子：4.556

研究使用平臺：NMT植物耐鹽創新平臺

標題：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Sergey Shabala，Mohammad Alnayef

檢測離子/分子指標

K⁺、Na⁺、Ca²⁺

檢測樣品

水稻根伸長區（距離根尖1.2 mm根表上的點）、成熟區（距離根尖15 mm根表上的點）、根木質部薄壁細胞

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

當向WT植株根施加80 mM NaCl（模擬木質部汁液Na⁺濃度的增加）時，可測到強烈而持續的凈Na⁺吸收（圖1A, C）。從功能上講，這種吸收與根木質部對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輸系統）。然而，在NIL（SKC1）中，沒有這種吸收。相反，敲低（Knockdown, KD）株系表現出木質部薄壁細胞對Na⁺的凈吸收甚至略高于WT（圖1A，C）。這些結果與本文全株Na⁺含量數據結果一致。

然后，研究測定了NaCl對K⁺在根星狀組織（stellar tissue）質膜上傳輸的影響（圖1B，D）。在所有3個株系中，NaCl加入到溶液中，導致了瞬時的凈K⁺外排。從功能上看，在植物體內，這相當于NaCl誘導的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⁺結果一致。

圖1. 80 mM NaCl實時處理對木質部薄壁細胞凈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Na⁺和K⁺流速的平均值。正值表示吸收，負值表示外排。

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

水稻HKT1;5株系在實時NaCl處理下，引起Ca²⁺瞬時外排（圖3），可能是由于細胞壁的Donnan交換引起的。然而，這種反應在EZ中更為強烈，在瞬時反應結束時，凈Ca²⁺流速值仍然為負值，表明一些活躍的Ca²⁺外排系統的參與。這種凈Ca²⁺外排的順序發生了變化，NIL（SKC1）<WT<KD，這表明在NIL（SKC1）中HKT1;5的過表達破壞了其中一個Ca²⁺外排系統（Ca²-ATPase或CAX交換器）的運行。

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

其他實驗結果

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

• 鹽脅迫下，NIL（SKC1）表現出更敏感的表型，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轉錄本的表達均有所降低，但在伸長區RBOHD的表達要高得多。同時，與WT相比，NIL（SKC1）植株GORK表達降低，RBOHD表達增加。同時，兩個根區的SOS1轉錄水平都較低。

結論

測試液

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