The Plant Journal | 兰州大学草类植物逆境生理与遗传改良研究所揭示小花碱茅适应高盐钾饥饿生境的机制

土壤盐渍化是全球农业可持续发展和生态恢复的主要限制因素之一。小花碱茅(Puccinellia tenuiflora)又名星星草，是禾本科碱茅属盐生植物，广泛分布于我国东北和西北地区，具有较强的耐盐碱能力，多生长于缺钾盐渍土壤当中，是一种重要的优良天然牧草，被认为是改良盐碱地的先锋植物之一。

近日，兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室、草类植物逆境生理与遗传改良研究所在国际植物学知名期刊The Plant Journal发表了题为“The mechanistic basis of sodium exclusion inPuccinellia tenuiflora under conditions of soil salinity and potassium deprivation”的研究论文，探究了小花碱茅适应不同盐浓度和钾水平的机制，重点探讨了其适应高盐低钾生境的机制。

本研究首次从小花碱茅中克隆到PutHKT1;5和PutHKT1;4基因，并通过酵母异源表达系统对PutHKT1;5、PutHKT2;1和PutSOS1的功能进行了鉴定；分析了不同盐浓度和钾水平下小花碱茅盐离子积累特征，采用非损伤微测技术(NMT)测定分析了根尖分生区Na+、K+和H+的净流速变化规律；最后对参与小花碱茅Na+、K+吸收转运的主要功能蛋白基因的表达模式进行了系统分析。

研究发现，小花碱茅PutHKT1;5具有Na+转运能力，不参与K+的转运；PutSOS1主要定位于质膜，相较于拟南芥同源转运蛋白AtSOS1表现出更强的Na+外排能力；小花碱茅根部的PutHKT1;5、PutSOS1与其他转运蛋白/通道（PutHKT1;4、PutHKT2:1和PutAKT1）协同调控了不同盐浓度和钾水平下根中Na+和K+的转运和装载，特别是在高盐钾饥饿条件下调控了根部Na+的回收以及从根分生区向介质中的外排，进而维持了植株较高的K+/Na+选择性运输能力。研究结果可为进一步开发单子叶盐生植物优异耐盐基因奠定工作基础，也可为禾本科粮食作物和优良牧草耐盐种质资源的选育和遗传改良提供一定的理论依据和研究方法。

兰州大学草类植物逆境生理与遗传改良研究所毕业博士韩庆庆为论文第一作者，张金林教授和兰州大学客座教授、澳大利亚塔斯马尼亚大学Sergey Shabala教授为论文共同通讯作者；研究所王锁民教授、毕业硕士汪永平、李剑、李静，海南大学江行玉教授、已毕业博士尹晓畅，以及佛山科技学院喻敏教授参与了该研究工作。该研究得到国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目、草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室自主研发课题等的资助。

据悉，兰州大学草类植物逆境生理与遗传改良研究所在王锁民教授的带领下，长期致力于草类植物耐盐和抗旱机理方面的研究，前期有关小花碱茅耐盐机制的研究工作陆续发表在J Arid Environ (2002, 52: 457-472)、J Plant Nutr (2004, 27: 1841-1857)、Plant Cell Environ (2009, 32: 486-496)、Funct Plant Biol (2012, 39: 1047-1057)、Acta Physiol Plant (2015, 37: 100)、Plant Soil (2016, 407: 217-230)和Front Plant Sci (2017, 8: 576)等期刊上。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15946

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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