TOR信號通路通過CIPK23調(diào)控馬鈴薯和擬南芥的鉀離子吸收和生長.pdf

1、鉀離子是植物生長所必需的營養(yǎng)元素之一,參與到多種生理過程中，包括滲透調(diào)節(jié)，糖類的協(xié)同運(yùn)輸以及光合作用等。TOR是在真核生物中進(jìn)化上保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于PI3K蛋白激酶家族，可以響應(yīng)能量、營養(yǎng)等信號調(diào)控細(xì)胞的生長發(fā)育，TOR激酶功能缺失時(shí)，導(dǎo)致植物葉片發(fā)黃，同時(shí)伴隨有光合效率下降以及葉綠素降解。TOR信號通路是否通過調(diào)控鉀素營養(yǎng)的吸收代謝從影響植物的光合作用、葉綠素生物合成等還未見報(bào)道，因此在本研究中通過藥理學(xué)和遺傳學(xué)試驗(yàn)研

2、究了TOR信號通路與鉀離子吸收的關(guān)系，得出以下四點(diǎn)結(jié)論：
　　1)在低鉀培養(yǎng)基上，馬鈴薯外植體迅速地變黃且不能正常完成根系再生過程；這種表型與在培養(yǎng)基中加入TOR抑制劑(KU、AZD)后植物的表型相似，均出現(xiàn)黃化的表型。同時(shí)通過鉀離子吸收實(shí)驗(yàn)，測定了在TOR抑制時(shí)馬鈴薯對于鉀離子的吸收能力，結(jié)果顯示TOR的二代抑制劑能夠明顯抑制馬鈴薯中鉀離子的吸收。
　　2)本研究發(fā)現(xiàn)擬南芥低鉀敏感型突變體cbl1cbl9，lks1-2，l

3、ks1-3以及akt1均對TOR抑制劑表現(xiàn)出敏感性。TOR抑制劑可以有效抑制野生型擬南芥和突變體的生長，這種抑制作用在突變體植株中表現(xiàn)尤為明顯。測定鉀離子濃度后發(fā)現(xiàn)， TOR抑制劑可以顯著下調(diào)擬南芥對于鉀離子的吸收；然而對比發(fā)現(xiàn)在鉀離子吸收方面，TOR抑制劑對于野生型擬南芥植株的影響比突變體植株要更顯著。
　　3)本研究擬南芥中擴(kuò)增了AtCBL9，AtCIPK23，AtAKT1基因，構(gòu)建了攜帶GFP標(biāo)簽的過表達(dá)載體，將此載體在擬南

4、芥轉(zhuǎn)基因植株BP12-2（雷帕霉素敏感的擬南芥轉(zhuǎn)基因材料）中過表達(dá)，獲得了AtCBL9-GFP/BP12，AtCIPK23-GFP/BP12以及 AtAKT1-GFP/BP12過表達(dá)株系。通過雷帕霉素敏感性試驗(yàn)確定了 TOR與AtCBL9， AtCIPK23， AtAKT1之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在雷帕霉素處理下AtCIPK23-GFP/BP12過表達(dá)株系的生長情況要優(yōu)于擬南芥BP12-2株系。在雷帕霉素和KU雙抑制處理下，AtCIPK23-G

5、FP/BP12過表達(dá)株系可以繼續(xù)生長，而擬南芥 BP12-2株系則表現(xiàn)為葉片發(fā)黃，停止生長。通過鉀離子濃度測定及葉綠素含量測定試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在TOR抑制劑處理下，與BP12-2相比，過表達(dá)AtCIPK23基因可以提高植株對于鉀離子的吸收和葉綠素含量，這些結(jié)果表明 CIPK23可能在TOR信號通路影響鉀素吸收過程中具有重要的作用。
　　4)在馬鈴薯基因組中，通過序列比對，發(fā)現(xiàn)存在AtCBL1，AtCIPK23以及AtAKT1的同源基因；

6、同時(shí)通過 qPCR試驗(yàn)確定了基因在馬鈴薯中的表達(dá)模式為組成性表達(dá)。擴(kuò)增了馬鈴薯中StCIPK23基因，并構(gòu)建了馬鈴薯StCIPK23-GFP過表達(dá)株系；通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在幼苗生長中StCIPK23過表達(dá)株系對于TOR抑制劑具有抗性。這些數(shù)據(jù)表明馬鈴薯中CBL1-CIPK23-AKT1信號通路同樣參與植物對低鉀環(huán)境的響應(yīng)。
　　綜合這些結(jié)果表明 TOR信號通路可能通過調(diào)控 CIPK23的功能來調(diào)節(jié)植物鉀離子的吸收。之前以及最近的研究都表