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胞质中的钾(K~+)离子稳态对于植物的生长发育至关重要。K~+和Na~+之间的物理化学性质十分相似。随着土壤盐渍化问题的加剧,提高植物的耐盐性已成为提高农作物产量、促进农业生产的迫切需求。目前为止,对于植物耐盐性的研究主要集中于钠转运体在盐胁迫下的功能研究,包括Na~+转运体介导的Na~+吸收、外排和液泡区室化等。然而,当植物细胞内的Na~+毒害不能有效解除时,会引发胞内钾稳态的失调。越来越多的证据也表明,维持高水平的胞质K~+/Na~+比率有利于提高植物的耐盐性。盐胁迫下,植物根系从土壤中吸收K~+以及K~+在植物体内的转运都是由钾转运蛋白介导的,而KT/HAK/KUP转运体和Shaker K~+通道是植物中最重要的两个K~+转运蛋白家族。本论文通过定量分析、表型分析、表达模式分析、亚细胞定位以及异源表达系统功能回补等研究方法分析了OsHAK21转运体和OsKx通道在盐胁迫下的生理功能。主要研究结果如下:1.OsHAK21受盐胁迫诱导表达。与野生型幼苗相比,Tos17插入突变体oshak21对120mM NaCl处理更加敏感,其植株生长受到显著抑制,叶片失绿萎黄。虽然OsKx的基因表达不受盐诱导,但是其T-DNA插入突变体oskx也具有盐敏感表型。2.通过转基因技术,我们获得了oshak21的恢复突变株系和RNAi株系。RNAi株系与oshak21对盐胁迫表现出相似的敏感性,而恢复突变株系则表现出与WT相似的表型。对OsKx的RNAi株系和过表达株系的表型分析显示,RNAi株系与oskx突变体一样表现为盐敏感,而过表达株系与WT相比表现为对盐耐受型。3.对盐胁迫下OsHAK21各遗传材料的离子含量和净吸收率分析结果显示:oshak21植株的冠部和根部都比WT积累更多的Na~+,而其K~+含量则显著低于WT;oshak21的Na~+净吸收率显著高于WT,K~+净吸收率则显著低于野生型水平。干扰株系与oshak21一致;恢复突变株系接近WT水平,与表型结果吻合。4.组织表达模式和亚细胞定位分析结果显示OsHAK21和OsKx都定位在细胞质膜上。OsHAK21在各个组织器官中都有分布,根部表达量最高,尤其在木质部薄壁细胞和内皮层通道细胞中特异表达;而OsKx只在地上部表达,在幼叶和叶鞘中表达量最高,并且可能在韧皮部细胞中特异表达。5.oshak21木质部液中的Na~+浓度显著高于WT,而K~+浓度降低,但是未达到显著水平,表明OsHAK21的功能缺失导致了更多的Na~+通过木质部转运到地上部,从而可能影响oshak21植株的光合作用功能。6.酵母功能互补实验证明,OsHAK21和OsKx能够缓解K~+吸收缺陷型酵母CY162细胞在较低钾浓度培养基上的生长缺陷。OsHAK21介导的K~+吸收的表观亲和力约为3.28mM。此外,OsHAK21和OsKx的表达均增强了CY162细胞的耐盐性。7.OsHAK21在拟南芥突变体athak5中过表达可以完全恢复athak5在低钾培养基上的生长缺陷,暗示OsHAK21在拟南芥中具有与AtHAK5类似的K~+转运活性。综上所述,OsHAK21和OsKx都参与了水稻响应盐胁迫,其中,OsHAK21介导木质部薄壁细胞和内皮层通道细胞的K~+吸收,而OsKx则可能参与了韧皮部的K~+转运。我们推测盐胁迫诱导的根部OsHAK21的上调表达以及地上部OsKx通道开放率的变化会增加K~+在植物维管组织内的流通量,从而促进K~+在地下部与地上部之间的长距离转运。因此,OsHAK21和OsKx介导的K~+转运对维持盐胁迫下胞质的Na~+/K~+稳态、提高作物耐盐性具有重要意义。