日本东北大学阐明植物耐盐机制，钠离子转运蛋白保护种子免受盐害

　　日本东北大学研究生院工学研究科的内山刚志（研究生）和石丸泰宽副教授、鱼住信之教授等人组成的研究团队与东北大学电子光理学研究中心、研究生院工学研究科量子能源工学专业、日本女子大学、环境科学技术研究所、理化学研究所、信州大学及冈山大学共同合作宣布，已明确了拟南芥（Arabidopsis thaliana）的钠离子转运蛋白（AtHKT1）保护种子形成时免受盐害的作用机制。研究团队发现，该转运蛋白在雄蕊的筛管中表达，可防止对植物有害的钠离子在雄蕊中积蓄。与相同条件下的普通植物体相比，在筛管中追加表达该转运蛋白时，盐胁迫下的产量出现增加。该成果有望应用于研究和开发耐盐性强的植物。相关研究成果已于6月2日（当地时间）刊登在国际学术期刊《Science Advances》上。

　　

　　图1. 在雄蕊中发挥作用的钠离子转运蛋白（AtHKT1）（供图：东北大学）

　　钠离子转运蛋白（AtHKT1）在雄蕊中表达（蓝色部分）（左图），钠离子转运蛋白（AtHKT1）不起作用的植物在含盐环境中，钠离子在雄蕊中积蓄的情况（蓝色部分）（右图）。

　　图2. 钠离子转运蛋白（AtHKT1）与植物耐盐性的关系图（供图：东北大学）

　　增加韧皮部钠离子转运蛋白（AtHKT1）表达量时，含盐环境中钠离子向地上部分的导管和筛管以外组织的扩散被抑制，且植物的生长相对于普通植物得到了增强。

　　

　　图3. 钠离子转运蛋白（AtHKT1）在植物中的表达和功能概念图（供图：东北大学）

　　AtHKT1将花的导管（雄蕊）的钠离子转运到筛管并运回根部。由此，防止在雄蕊中钠离子的过度积蓄并保护种子的形成。

　　钠（Na）是人体必需的元素，但对植物有害，盐害不仅会降低产量，还会导致沙漠化。由于海水的侵蚀、过度施肥和地下水的喷洒等，世界上五分之一的农田正遭受盐害的威胁。

　　此前，研究团队在2000年发现了拟南芥的钠离子转运蛋白（AtHKT1），在分析其结构和功能的同时，证明该转运蛋白在导管中发挥作用并与耐盐性有关。

　　由于该转运蛋白在根部表达较多，此前的研究都是以根部为主体进行的，但本次研究团队发现该转运蛋白在花的筛管中也有表达。

　　对于使该转运蛋白缺损的拟南芥（水培），在花茎开始伸长后向培养液中添加盐分，发现钠离子在雄蕊中积蓄，雄蕊的伸长被抑制，从而降低了种子产量。而普通拟南芥中没有发生这种积累。据推测，该转运蛋白通过筛管向根部转运钠离子并清除的过程中搭载钠离子，防止钠离子在雄蕊中积蓄。

　　此外，研究团队还进行了在拟南芥筛管中特异性追加表达该转运蛋白，并在花茎开始伸长后阶段性（30、50、75、100mM）向培养液中添加盐分的实验。

　　结果表明，与相同条件下的普通拟南芥相比，追加表达该转运蛋白的拟南芥的种子产量约增加了1.5倍，植物量约增加了2倍。在追加表达了该转运蛋白的拟南芥中，钠离子被保留在叶子和其他地上部分的导管和筛管周围，钠离子的扩散受到抑制。而普通的拟南芥中，钠离子扩散到了整个叶子中。

　　该转运蛋白也存在于其他植物中，作为其祖先的转运蛋白也存在于大肠杆菌、蓝藻和酵母等微生物中。这表明繁殖下一代的重要部位——生殖器官（花蕾）对盐的敏感性高于其他器官（如根），AtHKT1转运蛋白在雄蕊中作为防御盐胁迫的机制发挥作用，并负责缓解盐危害。

　　鱼住教授表示：“今后，我们将致力于阐明包括AtHKT1在内的离子转运蛋白适应环境压力的机制。”

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