水稻鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsHAK5的功能的初步分析.pdf

1、鉀是植物生長發(fā)育所必須的大量礦質(zhì)營養(yǎng)元素之一，它廣泛參與植物體內(nèi)光合作用，酶活催化，細(xì)胞滲透壓調(diào)節(jié)以及抗逆反應(yīng)等各種代謝過程。在植株水平上鉀是影響植物產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素，并且對植物抵抗病原微生物侵害及應(yīng)對高鹽脅迫反應(yīng)的過程中起重要作用。鉀在我國南方部分地區(qū)的酸性土壤中含量較低，因此成為制約這些地區(qū)作物產(chǎn)量的主要限制因子之一。
　　 鉀在細(xì)胞中以離子形式存在。研究顯示，植物對鉀離子的吸收存在高親和和低親和兩種機(jī)制。目前認(rèn)為高親和吸

2、收主要依靠鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，低親和吸收則依賴鉀離子通道。由于高親和鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（High-Affinity K+Transporter）能在低鉀離子濃度下主動吸收鉀離子，因此這類蛋白在缺鉀環(huán)境中對植物有更重要的意義。高親和的鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白一般為鉀離子與氫離子或與鈉離子的同向轉(zhuǎn)運(yùn)體，或反向轉(zhuǎn)運(yùn)體。KUP/HAK/KT是植物體內(nèi)最重要的鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。
　　 在基因組水平上對模式植物的研究顯示，擬南芥有13個HAK基因，水稻HAK家

3、族中則有27個成員。其中部分成員的功能已經(jīng)得到驗(yàn)證。對擬南芥AtHAK5的研究顯示，該基因編碼的蛋白不僅為低鉀高鹽環(huán)境中植物生長所必需，而且它在低鉀條件下種子萌發(fā)后的生長及幼苗形態(tài)建成方面亦有重要作用。與此相關(guān)的是，水稻中AtHAK5同源基因OsHAK5在煙草懸浮細(xì)胞中表達(dá)后，可增強(qiáng)了細(xì)胞對鹽的耐受性，提示該基因可能在水稻鉀離子的吸收及維持植株體內(nèi)鉀鈉平衡方面有重要意義。
　　 為此，我們選擇水稻OsHAK5為研究對象，通過轉(zhuǎn)基

4、因分析其生理功能。在克隆該基因的cDNA時我們發(fā)現(xiàn)，OsHAK5基因表達(dá)產(chǎn)物存在選擇性剪切，能產(chǎn)生大小不同的兩個轉(zhuǎn)錄本。其中，較短的轉(zhuǎn)錄本此前已經(jīng)報道，并且其功能在異源表達(dá)系統(tǒng)中得到驗(yàn)證，而另一個較大的轉(zhuǎn)錄本(本研究將其命名為Os HAK5.1)到目前為止其表達(dá)及功能還未見報道。我們將OsHAK5基因較大的轉(zhuǎn)錄本構(gòu)建超表達(dá)載體，通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化進(jìn)入水稻獲得陽性轉(zhuǎn)基因植株。通過田間及水培實(shí)驗(yàn)對轉(zhuǎn)基因植株和野生型在正常營養(yǎng)條件以及缺鉀或鈉離子

5、脅迫條件下的形態(tài)和生理指標(biāo)的比較得到以下結(jié)果:
　　 (1)通過田間實(shí)驗(yàn)對農(nóng)藝性狀的統(tǒng)計(jì)我們發(fā)現(xiàn)，抽穗之后OsHAK5.1基因超表達(dá)水稻株高低于野生型，且總分蘗數(shù)和有效分蘗數(shù)增多的，這些性狀可能在水稻的抗倒伏過程中有一定作用。
　　 (2)通過水培實(shí)驗(yàn)對水稻超表達(dá)OsHAK5.1材料野生型(WT)的生理指標(biāo)的測定顯示，水稻超表達(dá)材料在低鉀環(huán)境中較野生型的水稻總生物量高，超表達(dá)水稻株高較野生型的高。
　　 (3)超

6、表達(dá)水稻地上部和地下部鉀鈉離子的測定發(fā)現(xiàn)，超表達(dá)材料在低鉀環(huán)境中，地上部鉀離子濃度較野生型高而鈉離子濃度較野生型的低，地下部鉀離子濃度和鈉離子較野生型有所降低。說明Os HAK5.1可能是高親和鉀離子特異轉(zhuǎn)運(yùn)體，而且在一定程度上兩種離子存在競爭，鉀離子的相對濃度的提高導(dǎo)致鈉離子濃度相對降低。
　　 總上所述，OsHAK5.1可能在將鉀離子選擇性的從地下部轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部中起一定作用。有助于提高水稻對缺鉀環(huán)境的適應(yīng)性。這些結(jié)果為明確O