鉀離子（K+）是植物必需、含量最為豐富的陽離子，而鈉離子（Na+）與K+通常相伴存在，是植物有益但也是導致鹽堿毒害的主要離子。根系吸收的K+ 通過木質部轉移到地上部，其中40-90%的K+又通過韌皮部從地上部回流到根部。K+ 伴隨著糖和其他營養(yǎng)物質，調節(jié)光合產(chǎn)物從“源”到“庫”的轉運和籽粒產(chǎn)量。K+等無機離子和光合同化物被裝載到源葉的收集韌皮部中，并在卸載韌皮部被釋放。計算模型表明，K+在源葉韌皮部的裝載需要依賴能量的消耗，但尚不清楚是哪種K+轉運蛋白參與韌皮部中K+的循環(huán)利用。
近日，南京農(nóng)業(yè)大學資環(huán)學院徐國華教授、余玲教授團隊在Plant Physiology在線發(fā)表了題為Potassium transporter OsHAK18 mediates potassium and sodium circulation and sugar translocation in rice 的研究論文，闡明了鉀轉運蛋白OsHAK18在水稻體內(nèi)鉀、鈉循環(huán)和糖分配轉運中的功能。
該研究發(fā)現(xiàn)，OsHAK18在水稻韌皮部的伴隨細胞和薄壁細胞中表達。OsHAK18突變和用自身啟動子增強OsHAK18表達均不影響根系K+吸收速率，但其突變降低韌皮部汁液K+和可溶性糖的濃度及根部K+含量，增加地上部K+的相對積累量，而其增強表達則呈現(xiàn)相反的影響結果。與正常供K+相比，這些差異在低K+處理下尤為明顯。在鹽（NaCl）處理下，OsHAK18突變導致韌皮部汁液中的K+和Na+濃度降低，而超表達則導致其增加。用Rb+標記的分根試驗結果也表明，OsHAK18能夠同時促進Rb+（K+和Na+）從地上部向根部的轉運。此外，增強OsHAK18表達可顯著降低莖稈和葉片中的K+和可溶性糖濃度，增加分蘗數(shù)和籽粒產(chǎn)量及根與籽粒中K+的濃度，提高K+的生理利用效率。該研究首次證實水稻韌皮部K+裝載與轉運依賴于OsHAK18，研究結果不僅為深度解析植物K+循環(huán)的分子生理機制提供了新線索，同時也為水稻K+高效種質資源的選育提供了重要的候選基因。
資環(huán)學院博士生彭莉潤為本文第一作者，余玲教授和徐國華教授為共同通訊作者。顧冕教授和已畢業(yè)的研究生肖火軍，李冉，曾洋，以色列希伯來大學Nava Moran教授參與了該研究。該研究得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金項目資助。
全文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad435
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