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K~+通道基因(ZxAKT1)编码蛋白在多浆旱生植物霸王Na~+吸收中的作用机制研究

周向睿  
【摘要】:干旱是影响农业生产的最严重问题之一。一些旱生植物在长期适应干旱环境的过程中,进化出多种生理生化机制。荒漠旱生灌木霸王(Zygophyllum xanthoxylum)即通过吸收大量Na+并将其区域化至液泡中以适应干旱环境。但是,Na+进入到植物体内的具体机制目前尚不清楚。本实验室已在盐生植物碱蓬体内发现AKT1类K+通道有可能介导Na+的吸收。因此,本研究以积盐型旱生植物霸王为材料,开展了其K+通道基因(ZxAKTl)的克隆及功能特性的初步分析,并对其Na+的吸收途径进行了研究,取得的主要结果如下: 1.从霸王体内克隆到编码K通道蛋白的基因ZxAKTl,并已在GenBank中注册。它由869个氨基酸构成,与已知植物的K+通道AKT1的同源性达56%以上,且与桉树的进化关系最近。 2.构建了霸王ZxAKTl在爪蟾卵母细胞中表达的异源表达载体。 3.KCl或NaCl处理下ZxAKTl均主要在霸王根中表达、茎和叶中表达很弱,这表明ZxAKT1参与了离子的吸收。 4.表达模式分析表明,低浓度KCl (0.1 mM)处理下霸王根中ZxAKTl表达很弱,而在高浓度KCl (0.5-10 mM)处理下表达显著增强,说明ZxAKTl受高浓度K+的调节,属于低亲和性K+通道。 5.不同浓度NaCl (5-150 mM)处理下霸王根中ZxAKTl表达丰度均显著增加,且在50 mM NaCl处理下表达丰度最高;另外,在50或150 mM NaCl处理下,ZxAKTl的转录丰度均呈先增加后降低的趋势,但与前者相比,后者处理可较早的诱导该基因的表达丰度达到最大值。可见ZxAKTl受外界Na+的诱导和调节。 6.K+和Na+互作表明,在0.1和10mMKCl处理下,随着NaCl浓度的增加,ZxAKTl的表达丰度有上调趋势,而在高浓度KCl (50 mM)下则逐渐下调。在低浓度NaCl (25 mM)处理下,随着KCl浓度的增加,ZxAKTl的表达丰度有上调趋势,但在高浓度NaCl(50和150 mM)处理下则逐渐下调。另外,在0.1 mMKC1和50 mM NaCl处理下,其表达丰度最大,说明ZxAKTl受Na+和K+双重调节。 7.无论是介质含水量为田间最大持水量(FWC)70%的正常条件、还是在干旱(30%FWC)或干旱+盐(30% FWC+50mM NaCl)处理下,霸王ZxAKT1均优先在根中表达,且在干旱处理下表达丰度最大,由此可见,霸王主要通过ZxAKT1吸收大量的Na+进行渗透调节以适应干旱环境。 8.K+抑制了根系Na+净吸收速率,且不同浓度KCl处理下,整株Na+和K+浓度呈负相关,说明K+和Na+吸收存在竞争关系。 9.通过K+通道抑制剂TEA+对霸王Na+吸收的研究发现,霸王体内存在2条Na+吸收途径,途径1在外界较高浓度(15-150 mM) NaCl范围内,对TEA+很敏感、由ZxAKT11介导;途径2对TEA+不敏感。2条吸收途径的拐点在10-15 mM之间。 以上结果表明,ZxAKT1编码的K+通道在霸王Na+吸收中起着重要作用。


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