小麥鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)體基因TaHAK11在側(cè)根發(fā)生中的作用研究.pdf

1、鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必要營(yíng)養(yǎng)元素，也是鹽、旱脅迫相關(guān)的離子。鉀離子是保衛(wèi)細(xì)胞滲透勢(shì)的重要調(diào)節(jié)劑，通過(guò)調(diào)控氣孔開度和蒸騰速率，決定植物的抗旱能力。另一方面，土壤中鉀離子能夠調(diào)節(jié)植物的根系發(fā)育和形態(tài)。鉀離子通過(guò)鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)體和鉀離子通道跨膜運(yùn)輸，但是它們?cè)诟蛋l(fā)育中的作用研究較少。
　　實(shí)驗(yàn)室前期從小麥中鑒定了HAK類鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)體TaHAK11的三個(gè)拷貝TaHAK11-2、TaHAK11-3和TaHAK11-5，其編碼蛋白間存在幾個(gè)氨基酸

2、多態(tài)性。TaHAK11在側(cè)根原基處高表達(dá)，暗示TaHAK11可能在側(cè)根發(fā)生中發(fā)揮重要作用。本論文在前期研究的基礎(chǔ)上，開展了以下研究。
　　利用酵母鉀離子吸收缺陷突變體WΔ3進(jìn)行功能互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TaHAK11-2和TaHAK11-5介導(dǎo)高親和性的鉀離子吸收，而TaHAK11-3介導(dǎo)低親和性的鉀離子吸收。
　　我們利用TaHAK11-3和TaHAK11-5異源過(guò)表達(dá)擬南芥株系，分析了低親和性和高親和性鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)體在側(cè)根發(fā)生中的

3、作用。在正常培養(yǎng)基中，與野生型相比，TaHAK11-3和TaHAK11-5過(guò)表達(dá)系的側(cè)根數(shù)目均明顯增多，其中介導(dǎo)高親和性吸收的TaHAK11-5過(guò)表達(dá)系增多更顯著;在缺鉀的培養(yǎng)基中，與野生型相比，兩個(gè)過(guò)表達(dá)系的側(cè)根數(shù)目均無(wú)明顯差異。結(jié)果表明，TaHAK11-3和TaHAK11-5能促進(jìn)側(cè)根發(fā)生，而且該作用依賴鉀離子。
　　為了驗(yàn)證TaHAK11-3和TaHAK11-5促進(jìn)側(cè)根發(fā)生是否與鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程偶聯(lián)，我們通過(guò)藥理學(xué)方法，分析了

4、鉀離子外流、內(nèi)流被抑制或刺激條件下，這兩個(gè)基因?qū)?cè)根發(fā)生的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉀離子內(nèi)流被抑制時(shí)，TaHAK11-3和TaHAK11-5過(guò)表達(dá)系與野生型的側(cè)根數(shù)目無(wú)顯著性差異，但是當(dāng)鉀離子內(nèi)流被刺激、鉀離子外流被刺激或抑制時(shí)，TaHAK11-3和TaHAK11-5過(guò)表達(dá)系的側(cè)根數(shù)目均比野生型多，表明TaHAK11促進(jìn)側(cè)根發(fā)生與鉀離子內(nèi)流過(guò)程藕聯(lián)。
　　生長(zhǎng)素是側(cè)根發(fā)生的重要調(diào)控激素。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外源生長(zhǎng)素存在時(shí)，側(cè)根數(shù)目明顯增多，而

5、TaHAK11-3和TaHAK11-5過(guò)表達(dá)系的側(cè)根數(shù)目仍然比野生型多。定量PCR分析顯示，與野生型相比， TaHAK11-3過(guò)表達(dá)系中生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)體編碼基因PIN1和PIN2以及與側(cè)根發(fā)生密切相關(guān)的生長(zhǎng)素響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子ARF7、ARF19的表達(dá)水平明顯提高，表明TaHAK11促進(jìn)側(cè)根發(fā)生與其對(duì)生長(zhǎng)素運(yùn)輸和信號(hào)通路的增強(qiáng)作用相關(guān)。但是，在鉀離子內(nèi)流被抑制時(shí)，與野生型相比，盡管TaHAK11-3過(guò)表達(dá)系的側(cè)根數(shù)目無(wú)明顯差異，過(guò)表達(dá)系中這些基因