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干旱与土壤盐渍化是制约农牧业发展的主要非生物因素。荒漠旱生植物霸王(Zygophyllumxanthoxylum)是典型的积盐植物,具有极强的抗旱性。从含盐量极低的土壤中吸收大量的Na+并转运至地上部将其作为廉价的渗透调节剂,是多浆旱生植物霸王适应干旱环境的有效机制之一。干旱及盐胁迫下,叶中的Na+大幅增加时,而K+却能维持相对稳定,是霸王抵御逆境的又一重要策略。但目前有关K+、Na+吸收与转运的分子机制在荒漠旱生植物霸王中还不清楚。研究表明,外整流K+通道SKOR(stelar K+ outward rectifying channel)能将根中K+装载进木质部,并通过蒸腾拉力运至地上部;内整流K+通道AKT1(Arabidopsis K+ transporter 1)具有选择性吸收K+的功能,二者可能在盐及干旱下维持霸王地上部K+稳态平衡中发挥重要的作用。此外,AKT1也可能参与调节Na+的积累。鉴于此,本研究从霸王中分离了 ZxSKOR基因,并分析不同浓度KCl、NaCl及-0.5 MPa渗透胁迫下ZxSKOR的表达模式,K+、Na+积累以及该基因表达水平与地上部K+积累的相关性。同时,利用RNAi技术对ZxAKT1-RNAi植株的Na+、K+积累进行了分析,进一步探讨了ZxAKT1-RNAi植株相关Na+、K+转运蛋白及通道编码基因的表达情况,从而确定了 ZxAKT1功能。主要结果如下:(1)ZxSOR编码847个氨基酸,与其它植物的外整流K+通道具有较高的同源性(>66%);ZxSKOR具有6个跨膜区(S1-S6),其中S4跨膜区含有正电荷的氨基酸,在S5-S6跨膜区之间含有一个高度保守的的P环结构,并带有K+高选择通道标记的GYGD基本序列,C-端包含1个环核苷酸结合域及锚蛋白区,以及在P区段的上游存在附加的氨基酸残基,而其它类型的K+通道中无此结构。系统进化分析表明,ZxSKOR与其它植物的SKOR位于同一分化枝。由此可见,ZxSKOR编码SKOR类外整流K+通道。(2)ZxSKOR主要在根与茎中表达,根与茎中ZxSKOR的转录丰度在5-10 mM KC1处理下大幅上调;且0-10 mM KC1处理下,根中ZxSKOR表达水平与地上部K+浓度、茎中的ZxSKOR表达丰度与叶中的K+浓度分别呈显著的正相关。此结果说明,ZxSKOR可能参与霸王体内K+的长距离运输,在植物地上部K+积累中具有重要功能,且可能是根与茎中的ZxSKOR协同作用保证叶中K+的供应。(3)根与茎中的ZxSKOR表达受NaCl(5-150 mM)的显著诱导;与低盐(50 mM NaCl)处理相比,高盐(150 mM NaCl)对ZxSKOR的表达水平具有更强的诱导能力,可见,盐处理下叶中Na+浓度急剧增加的情况下,根与茎中ZxSKOR的高丰度表达避免了叶中K+的亏缺,其可能是霸王抗盐的重要策略之一。(4)正常条件下,ZxSKOR在根与茎中的表达水平远高于叶,-0.5 MPa显著诱导根与茎中ZxSKOR表达,但不影响叶中的表达丰度;而随着时间的延长,-0.5 MPa+50 mMNaCl与-0.5 MPa相比更能诱导ZxSKOR的表达。以上结果说明霸王可以通过增加ZxSKOR的表达水平来维持地上部K+浓度的稳定,从而缓解渗透胁迫。(5)构建了高效的ZxAKT1-RNAi表达载体,并获得了 14株转ZxAKT1-RNAi阳性株系,进一步分析野生株系(WT)及干扰株系7号样发现,各ZxAKT1-RNAi株系的鲜重、干重、根长及株高均低于WT,说明ZxAKT1参与调控植株的生长发育。(6)无论是对照组、50 mM NaCl处理7 d还是渗透胁迫(-0.5 MPa)处理3 d,7号样各组织中K+浓度及净吸收速率均显著低于WT,说明ZxAKT1介导K+吸收。(7)对照处理下,WT与干扰株系各组织中Na+的浓度及净吸收速率无显著差异,而加入50 mMNaCl后发现,7号样各组织中Na+的浓度及净吸收速率却均显著低于WT,说明ZxAKT1在外界Na+浓度较高时与Na+的吸收有关。(8)对照处理下干扰株系的K+/Na+比显著下降,叶中ZxNHX、根中ZxSKOR、ZxSOS1和ZxHKT1;1的表达却未受到影响;而盐处理下干扰株系的K+/Na+比与WT没有显著差异,此时各基因的表达却显著下调。可见,ZxAKT1通过改变K+、Na+转运蛋白或通道编码基因的表达水平来调节K+、Na+转运及稳态平衡。(9)随着干扰程度的增加,与WT相比,-0.5 MPa处理下干扰株系的渗透势(ψs)显著提高,无论是在正常条件还是-0.5 MPa处理下净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、水分利用效率(WUE)、K+/Na+比均不同程度下降。表明ZxAKT1可通过改善光合作用及降低渗透势提高霸王的抗旱能力。综上所述,霸王ZxSKOR编码的外整流K+通道介导根部K+向地上部长距离运输,并在盐及干旱环境中通过维持地上部K+的稳态平衡来提高霸王的耐盐抗旱性。而ZxAKT1在霸王中不仅能调控植株生长发育、介导K+吸收,同时还参与调节K+、Na+稳态平衡,从而提高植株的耐旱性。