小麥鉀離子轉運體基因TaHAK11在側根發(fā)生中的作用研究.pdf

1、鉀是植物生長發(fā)育的必要營養(yǎng)元素，也是鹽、旱脅迫相關的離子。鉀離子是保衛(wèi)細胞滲透勢的重要調(diào)節(jié)劑，通過調(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)。鉀離子通過鉀離子轉運體和鉀離子通道跨膜運輸，但是它們在根系發(fā)育中的作用研究較少。
　　實驗室前期從小麥中鑒定了HAK類鉀離子轉運體TaHAK11的三個拷貝TaHAK11-2、TaHAK11-3和TaHAK11-5，其編碼蛋白間存在幾個氨基酸

2、多態(tài)性。TaHAK11在側根原基處高表達，暗示TaHAK11可能在側根發(fā)生中發(fā)揮重要作用。本論文在前期研究的基礎上，開展了以下研究。
　　利用酵母鉀離子吸收缺陷突變體WΔ3進行功能互補實驗，發(fā)現(xiàn)TaHAK11-2和TaHAK11-5介導高親和性的鉀離子吸收，而TaHAK11-3介導低親和性的鉀離子吸收。
　　我們利用TaHAK11-3和TaHAK11-5異源過表達擬南芥株系，分析了低親和性和高親和性鉀離子轉運體在側根發(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過表達系的側根數(shù)目均明顯增多，其中介導高親和性吸收的TaHAK11-5過表達系增多更顯著;在缺鉀的培養(yǎng)基中，與野生型相比，兩個過表達系的側根數(shù)目均無明顯差異。結果表明，TaHAK11-3和TaHAK11-5能促進側根發(fā)生，而且該作用依賴鉀離子。
　　為了驗證TaHAK11-3和TaHAK11-5促進側根發(fā)生是否與鉀離子轉運過程偶聯(lián)，我們通過藥理學方法，分析了

4、鉀離子外流、內(nèi)流被抑制或刺激條件下，這兩個基因?qū)雀l(fā)生的影響。結果發(fā)現(xiàn)，當鉀離子內(nèi)流被抑制時，TaHAK11-3和TaHAK11-5過表達系與野生型的側根數(shù)目無顯著性差異，但是當鉀離子內(nèi)流被刺激、鉀離子外流被刺激或抑制時，TaHAK11-3和TaHAK11-5過表達系的側根數(shù)目均比野生型多，表明TaHAK11促進側根發(fā)生與鉀離子內(nèi)流過程藕聯(lián)。
　　生長素是側根發(fā)生的重要調(diào)控激素。我們發(fā)現(xiàn)，當外源生長素存在時，側根數(shù)目明顯增多，而

5、TaHAK11-3和TaHAK11-5過表達系的側根數(shù)目仍然比野生型多。定量PCR分析顯示，與野生型相比， TaHAK11-3過表達系中生長素轉運體編碼基因PIN1和PIN2以及與側根發(fā)生密切相關的生長素響應轉錄因子ARF7、ARF19的表達水平明顯提高，表明TaHAK11促進側根發(fā)生與其對生長素運輸和信號通路的增強作用相關。但是，在鉀離子內(nèi)流被抑制時，與野生型相比，盡管TaHAK11-3過表達系的側根數(shù)目無明顯差異，過表達系中這些基因