Na+/H+逆向转运蛋白和植物耐盐性

Na^ /H^ 逆向转运蛋白对植物耐盐起着重要作用,它利用质膜H^ -ATPase或液泡膜H^ -ATPase及PPiase泵H^ 产生的驱动力把Na^ 排出细胞或在液泡中区隔化以消除Na^ 的毒害。主要讨论植物中Na^ /H^ 逆向转运蛋白研究在分子水平的最新进展。     

质膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白与植物耐盐性

土壤盐碱化是造成农作物减产的主要原因之一。质膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白能够介导植物根部Na^＋的外排和体内Na^＋的长距离运输, 并能够调控细胞K＋的稳态平衡及细胞内pH值和Ca^2＋的转运, 因此其在植物耐盐性方面具有重要作用。该文概述了植物质膜Na^＋／H^＋逆向转运蛋白的分子结构、功能、表达调控及其与植物耐盐性关系等方面的研究进展, 并对今后有关该蛋白的主要研究方向作了分析和展望。     

RLM-RACE法扩增獐茅液泡膜Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因5′-cDNA末端序列

根据已获得的盐生植物獐茅（Aeluropus littoralisvar.sinensisDebeaux）液泡膜Na^＋/H^＋逆向转运蛋白（Na＋/H＋antiporter）基因部分cDNA片段,设计2条特异引物（GSP1、GSP2）,采用RLM-RACE（RNA ligase-medi-ated rapid amplification of 5′and 3′cDNA ends）法获得了其5-′cDNA末端序列,并找出了转录起始位点。该片段长816 bp,与芦苇液泡膜Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因序列同源性最高达91%,与拟南芥、盐角草、水稻、大麦、小麦的同源性分别为81%、82%、86%、87%和81%,为该基因全长的克隆及启动子的研究奠定了基础。与其它测定基因转录起始位点的方法相比,RLM-RACE方法更快捷、简便、准确。     

盐胁迫对豌豆根液泡膜H^＋—ATPase活性及含量的影响

为了阐明液泡膜H^ -ATPase在盐胁迫下的作用和适应性调节机制,对豌豆（Pisum sativum L.）植株进行不同盐浓度和不同盐胁迫时间（1－3d）的处理后,分别测定液泡膜H^ -ATPase的H^ 转运活性、水解性和蛋白含量（A亚基）的变化。结果表明,100mmol/L和200mmol/L NaCl 处理1dH^ -ATPase的水解活性没有变化,而250mmol/L NaCl处理1d引起水解活性降低约25％。100mmol/L NaCl处理2d内水解活性没有变化,而第3天活性下降约20％。但是上述盐胁迫均能提高液泡膜H^ -ATPase的质子转运活性,说明盐胁迫后H^ -ATPase的水解活性和质子转运活性的变化不成比例,盐胁迫可能导致偶联比率的改变。Western blot研究发现,上述盐胁迫对液泡膜H^ -ATPase（A亚基）的含量基本无影响,仅100mmol/L NaCl处理3d后A亚基的量略有下降,这些结果证明,盐胁迫能刺激提高豌豆根液泡膜H^ -ATPase的H^ 泵效率,且泵效率的提高是源于偶联比率的改变,而不是由于ATP水解活性的提高和蛋白含量的增加。     

盐胁迫下氯丙嗪和LaCl3对稻苗K^＋、Na^＋、Cl^—吸收转运的影响

研究了氯丙嗪（CPZ）和LaCl3预处理阻碍Ca^2 。CaM信使系统传导后,盐胁迫下稻苗体内Na^ 、K^ 和Cl^-含量及吸收转运的变化。结果表明：CPZ和LaCl3预处理后,盐胁迫下稻苗对K^ /Na^ 的选择性吸收下降,致使稻苗K^ 含量减少、Na^ 含量增加,Na^ /K^ 比值显著增加;并且稻苗地上部Cl^-含量也显著增加,盐胁迫处理稻苗2d后解除盐胁迫,改用蒸馏水培养,在蒸馏水中加入CPZ或LaCl3时,稻苗中含有较高的Na^ ,即CPZ和LaCl3抑制稻苗将体内Na^ 排出体外的能力,上述结果表明,盐胁迫下,Ca^2 .CaM信使系统可能参与稻苗对K^ 、Na^ 和Cl^-的吸收转运以适应盐胁迫。     

星星草质膜型Na+/H+逆向转运蛋白基因的克隆和特性分析

用RT-PCR及RACE方法从盐生植物星星草中分离了Na^＋／H^＋逆向转运蛋白基因的cDNA（PtSOS1,GenBank登录号EF440291）,PtSOS1的cDNA长度为3775bp,5’非翻译区为69bp,3’非翻译区为292bp,开放阅读框为3414bp,编码1137个氨基酸。氨基酸同源性分析表明,PtSOS1与小麦、水稻和拟南芥质膜型Na^＋／H^＋逆向转运蛋白的一致性分别为88％、79％和66％。预测分析表明,PtSOS1具有11个跨膜结构区域,基因组DNA的Southern分析表明PtSOS1是单拷贝基因。半定量RT-PCR结果显示,PtSOS1的mRNA受盐胁迫上调表达,暗示PtSOS1可能在星星草较强的抗盐碱能力中起作用。     

荷花液泡膜型Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因NnNHX1的克隆与特性分析

采用简并引物和RACE等技术从荷花中分离出液泡膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白基因NHX1的全长cDNA序列,命名为NnNHX1。该基因全长2237bp,预测其编码一个由538个氨基酸组成的多肽,其N-端是一个由11个跨膜结构组成的疏水区域,C-端是一个亲水的尾巴。序列比对表明,NnNHX1与葡萄NHX1等的同源性较高,并且都具有高度保守的氨氯吡嗪咪结合位点序列LFFIYLLPPI。系统进化树表明NnNHX1与液胞膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白关系较近,而与质膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白关系较远。qRT-PCR结果显示NnNHX1基因在植株中属于组成型表达,但经NaCl诱导后,根中NnNHX1的表达量急剧增高后又迅速下降,而叶中的表达量却先缓慢增加后又剧烈下降。     

土壤盐碱胁迫对春小麦K^＋、Na^＋选择性吸收的影响

通过对2种浓度土壤盐分胁迫下春小麦各品种不同时期各器官K^ 、Na^ 含量以及K^ /Na^ 的变化及其与抗盐性的关系研究,结果表明,随土壤盐浓度的升高,各品种的产量及各农艺性状值均有所下降,但不同品种的下降程度不同。随土壤盐浓度的升高,植株中K^ 、Na^ 含量均有所增加,但K^ 增加的幅度小于Na^ 的增加幅度,因而K^ /Na^ 呈明显下降趋势;在不同土壤盐分胁迫下,小麦品种K^ 、Na^ 随生育进程在体内各器官的分配发生动态变化,在分蘖期地上部K^ /Na^ ＞根部,孕穗期各器官K^ /Na^ 依次为：幼穗＞旗叶＞茎＞倒4叶,而灌浆期则依次为：籽粒＞旗叶＞茎＞倒4叶,说明生长旺盛的器官拒Na^ 能力强于其它器官;不同品种的K^ 、Na^ 含量及K^ /Na^ 不同,一般抗盐性强的品种在各时期均具有较高的K^ /Na^ ,反之则K^ /Na^ 较低;小麦的籽粒产量在一定范围内与其植株地上部各器官的K^ /Na^ 中一定的正相关,其中与分蘖期植株地上部的K^ /Na^ 及叶（K^ /Na^ ）／根（K^ /Na^ ）呈极显著正相关,而与此时期的SNa^ K^ 相关性最强,γ为－0．9670。因而,以分蘖期的K^ /Na^ 尤其是SNa^ K^ 作为小麦田间抗盐性的指标,具有一定的可靠性。     

过量表达星星革PtSOS1提高拟南芥的耐盐性

将星星草中分离的质膜型Na^＋／H^＋逆向转运蛋白基因PtSOSJ（GenBank登录号EF440291）构建到pGWB2植物表达载体上,转化拟南芥,获得抗卡那霉素的抗性植株。PCR和Northem检测表明,PtSOS1已整合到拟南芥基因组中并过量表达。耐盐性实验表明,PtSOS1过量表达提高了拟南芥植株的耐盐性。盐分测定表明,盐胁迫下PtSOS1转基因植株中Na^＋积累低于野生型的,K^＋含量则高于野生型的,转基因植株中K^＋／Na^＋比值高于野生型。     

植物Na+/H+逆向转运蛋白研究进展

盐胁迫主要由Na 引起,过高的Na 浓度引起的离子毒害,渗透胁迫和K ／Na 比率的不平衡使植物新陈代谢异常,这是对大多数器官造成伤害的原因。植物抵御盐胁迫的主要方式是将细胞内过多的Na 从质膜向细胞外排放和将Na 在液泡中区隔化,这一过程是由Na ／H 逆向转运蛋白完成的。本文概述了植物中Na ／H 逆向转运蛋白的发现、特征、分子生物学方面的研究,以及Na ／H 逆向转运蛋白在植物耐盐性中的重要作用。