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(dǎo)致鹽堿毒害的主要離子。根系吸收的K+ 通過木質(zhì)部轉(zhuǎn)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(zhì)，調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物從“源”到“庫”的轉(zhuǎn)運(yùn)和籽粒產(chǎn)量。K+等無機(jī)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(jì)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(zhuǎn)運(yùn)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(xué)資環(huán)學(xué)院徐國華教授、余玲教授團(tuán)隊(duì)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(zhuǎn)運(yùn)蛋白OsHAK18在水稻體內(nèi)鉀、鈉循環(huán)和糖分配轉(zhuǎn)運(yùn)中的功能。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)，OsHAK18在水稻韌皮部的伴隨細(xì)胞和薄壁細(xì)胞中表達(dá)。OsHAK18突變和用自身啟動子增強(qiáng)OsHAK18表達(dá)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(qiáng)表達(dá)則呈現(xiàn)相反的影響結(jié)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(dǎo)致韌皮部汁液中的K+和Na+濃度降低，而超表達(dá)則導(dǎo)致其增加。用Rb+標(biāo)記的分根試驗(yàn)結(jié)果也表明，OsHAK18能夠同時促進(jìn)Rb+（K+和Na+）從地上部向根部的轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，增強(qiáng)OsHAK18表達(dá)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(shí)水稻韌皮部K+裝載與轉(zhuǎn)運(yùn)依賴于OsHAK18，研究結(jié)果不僅為深度解析植物K+循環(huán)的分子生理機(jī)制提供了新線索，同時也為水稻K+高效種質(zhì)資源的選育提供了重要的候選基因。

 

　　資環(huán)學(xué)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(xué)Nava Moran教授參與了該研究。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。

 

　　全文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad435