液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白研究进展

Na+/H+逆向转运蛋白在高等盐生植物中具有重要的价值和意义,本文介绍了Na+/H+逆向转运蛋白的发现、功能、分子特征及其与植物耐盐性的关系.     

Na~+/H~+逆向转运蛋白与植物耐盐性研究

盐胁迫是影响植物生长发育及产量的重要非生物因素。一定浓度的盐分可以通过渗透胁迫、离子胁迫等不同程度地伤害植物的细胞膜透性,并产生次级氧化胁迫,从而造成植物自身代谢紊乱及部分蛋白合成受阻等现象。植物Na~+/H~+逆向转运蛋白可通过将Na~+逆向转运出细胞外或者将其区隔化于液泡中来抵御环境中过高的Na~+,从而维持细胞内正常的Na~+水平及pH等。目前已经从多种植物中克隆到编码Na~+/H~+逆向转运蛋白的基因。经研究发现,将这些基因转入盐敏感植物可大大提高植物的耐盐性,对于开发盐碱地及提高农作物的产量具有非常重要的意义。主要概述了植物Na~+/H~+逆向转运蛋白的分子生物学研究及其与耐盐性之间的关系。     

角碱蓬液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因克隆及表达载体的构建

[目的]克隆角碱蓬液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因(ScNHX1),并构建其表达载体。[方法]以用400 mmol/L NaCl处理的角碱蓬为材料,利用RT-PCR技术从中克隆ScNHX1,并通过酶切、连接方法将ScNHX1连接至pCAMBIA1302载体中。[结果]试验成功克隆得到ScNHX1,测序得出该基因片段大小为1 617 bp,并成功构建了含该目的基因的表达载体pCAMBIA-ScNHX1。[结论]该研究为耐盐转基因植株的培育奠定了基础。     

盐胁迫下植物Na+/H+逆向转运蛋白研究进展

盐胁迫下Na 使植物体内的离子平衡受到破坏,为了维持细胞的渗透平衡,植物主要通过Na /H 逆向转运蛋白外排Na 和液泡区隔化Na 来减少Na 的毒害,提高自身的耐盐性.对植物Na /H 逆向转运蛋白的基本特征、与植物耐盐性的关系以及分子生物学研究等方面进行了概述,并对今后的研究方向进行了展望.     

盐胁迫对胡杨液泡膜H+ATPase水解活性的影响

胡杨细胞经 50mmol·L- 1 NaCl处理 1 0d后 ,泡膜液H+ ATPase,PPiase水解活性都增加了 ,说明胡杨具有盐生植物的特性。盐胁迫对专一性抑制剂bafilomycinA1 ,DCCD更敏感 ,说明盐处理下胡杨液泡膜H+ ATPase与bafilomycinA1 ,DCCD结合位点上的构象可能发生了一定的变化。从Mg2 + ,ATP依赖性 ,NO3- 和bafilomycinA1 抑制特性、Cl- 激活特性证明胡杨液泡膜H+ ATPase是典型的V H+ ATPase。盐胁迫后 ,对底物ATP的亲和力增强。     

Na~+/H~+逆向转运蛋白与植物耐盐性的关系

植物抵御盐胁迫的有效策略之一是将细胞质中过多的Na+区隔化在液泡,这一过程是由液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白完成的.概述了 Na+/H+逆向转运蛋白的分子结构和功能,在次基础上介绍了该蛋白对盐胁迫的响应和耐盐性的关系,并简述了其基因的克隆和表达调控,同时对Na+/H+逆向转运蛋白研究的前景做了展望.     

木榄Na~+/H~+逆向转运蛋白基因的克隆

根据北滨藜、胡杨、毛白杨、番杏、盐爪爪、盐角草等已发表的逆向转运蛋白的保守区设计简并引物,通过RT-PCR和RACE技术,从木榄(Bruguiera gymnorrhiza)中克隆Na+/H+逆转运蛋白长度为2130bp的cDNA全长序列,开放阅读框1626bp,编码541个氨基酸和一个终止子,含10个跨膜区。蛋白序列同源分析表明它与蓖麻、胡杨、葡萄、百脉根等植物的液泡膜型Na+/H+逆向转运蛋白序列具有很高的同源性(80%以上),表明该序列确属Na+/H+逆转运蛋白家族的基因,在细胞中起到Na+区隔化作用。     

盐胁迫下逆向转运蛋白对植物耐盐性影响的研究进展

在高浓度Na Cl胁迫下,土壤中Na~+和Cl~-浓度过高将导致植物机体出现渗透压改变和离子中毒的现象,致使植物代谢异常。此外,盐胁迫还影响植物的Ca~(2+)和K~+等矿质元素的吸收。植物为抵御高浓度盐对自身的毒害作用,通过膜逆向转运蛋白将细胞内过多的Na~+向外排出细胞和将Na~+运入液泡区隔化。对膜逆向转运蛋白在Na~+和Cl~-的吸收、外排和离子区隔化以及膜逆向转运蛋白在植物抗盐性中的重要作用进行了综述。     

Na~+/H~+逆向转运蛋白基因在甜瓜不同品种中的表达

Na＋/H＋逆向运输蛋白基因在植物耐盐性方面起着极为重要的作用。根据同源基因保守序列设计引物,通过RACE方法从甜瓜中克隆了Na＋/H＋逆向转运蛋白基因,命名为CmNHX1（FJ843078）。序列分析表明,该基因全长2 534bp,开放读码框为1 659bp,编码553个氨基酸多肽。氨基酸同源性分析表明该蛋白与液泡型Na＋/H＋逆向转运蛋白的亲缘关系较近,与质膜型Na＋/H＋逆向转运蛋白的亲缘关系较远。RT-PCR表达分析结果表明,CmNHX1在甜瓜根茎叶中均有表达,而且随着NaCl浓度和处理时间的增加,在根中表达持续增强,叶片中表达持续下降。耐盐品种‘金辉’根、茎和叶中的CmNHX1表达均高于盐敏感品种‘天仙’根、茎和叶中的表达。有趣的是在根中的表达,CmNHX1相对表达量在‘金辉’中是‘天仙’的2倍。CmNHX1在盐敏感酵母突变体中表达可以提高转化子对NaCl的耐受性,说明CmNHX1具有转运Na＋的功能。研究结果表明CmNHX1是一个液泡膜Na＋/H＋逆向转运蛋白,在甜瓜盐胁迫过程中起着重要作用。     

渗透胁迫调节基因--Na+/H+ Antiporter基因与植物耐盐性

Na+/H+ Antiporter基因与植物耐盐性密切相关,其编码产物Na+/H+逆向转运蛋白通过Na+ 外排和Na+ 区隔化来维持植物细胞内较低的Na+ 水平,降低Na+的毒害,从而对植物的耐盐性起重要作用.     

海马齿Na~+/H~+逆转运蛋白基因SpNHX1的克隆及表达模式

从盐生植物海马齿中克隆了Na+/H+逆转运蛋白基因SpNHX1,生物信息学分析结果表明,Sp NHX1蛋白与拟南芥At NHX1和At NHX2的相似度分别达到了76.35%和77.12%,从而推测,SpNHX1可能具有与At NHX1和At NHX2相似的功能,能将Na+区隔到液泡中,提高植物耐盐性。采用荧光定量PCR的方法,对SpNHX1基因在4种胁迫(600 mmol·L-1Na Cl胁迫、100μmol·L-1ABA胁迫、4℃低温胁迫、20%PEG6000干旱胁迫)下的表达量进行了研究。结果表明:SpNHX1基因在根和茎中受盐胁迫诱导上调表达,叶中表达量变化较小;而在ABA胁迫、4℃低温胁迫、20%PEG6000干旱胁迫下,SpNHX1基因的表达受胁迫影响较小,且没有规律性。说明SpNHX1基因的表达与其耐盐性相关,且表达具有组织特性。     

植物液泡膜H+-ATPase和H+-PPase研究进展

植物液泡膜 ATP 酶（H+-ATPase）和液泡膜焦磷酸酶（H+-PPase）是液泡膜上两个含量丰富的蛋白,其功能的正常发挥在植物生长发育过程中扮演着重要角色。液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 水解底物释放能量,同时产生大量 H+由胞质泵入液泡内,形成细胞质与液泡间的 H+ 电化学势梯度,为多种溶质分子的跨膜主动运输提供驱动力,维持细胞内的离子稳态和渗透平衡,为细胞内各种生理生化反应的正常运行提供保障。此外,液泡作为植物细胞离子养分的储存库,其膜上 H+-ATPase 和 H+-PPase 能够通过改变其活性来调控硝酸盐在胞质和液泡间的分配比例,进而影响植物的氮素利用效率。在逆境胁迫条件下,提高液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的活性有利于提高植株对逆境的适应能力,从而减少逆境胁迫对植株生长发育造成的不利影响。介绍了植物液泡膜 H+-ATPase 和 H+-PPase 的结构特征及其在植物生长发育过程中的生理功能,并对其在植物抵御非生物逆境胁迫过程中发挥的重要作用进行阐述,为进一步提高作物的氮素利用率及逆境适应能力提供方向。     

Effects of NaCl and Iso-Osmotic Polyethylene Glycol Stress on Na+/H+ Antiport Activity of Three Malus species with Different Salt Tolerance

Salt stress contains osmotic and ionic stress, while iso-osmotic polyethylene glycol (PEG) has only osmotic stress. This study aimed to compare the different effects on the activity of H+-ATPase, proton pump and Na+/H+ antiport in Malus seedlings between osmotic and ionic stress. Species of salt tolerant Malus zumi, middle salt tolerant Malus xiaojinensis and salt sensitive Malus baccata were used as experimental materials. Malus seedlings were treated with NaCl and iso-osmotic PEG stress. The activity of H⁺-ATPase, proton pump and Na⁺/H⁺ antiport of plasmolemma and tonoplast in Malus seedlings were obviously increased under salt stress, and those in salt-tolerant species increased more. Under the same NaCl concentration, the activity of H⁺-ATPase, proton pump and Na⁺/H⁺ antiport of plasmolemma and tonoplast in salt-tolerant species were all obviously higher than those in salt-sensitive one. Higher Na+/H+ antiport activity of plasmolemma and tonoplast in salt-tolerant species could help to extrude and compartmentalize sodium in roots under salt stress. The ascent rate of activity of H+-ATPase, proton pump and Na+/H⁺ antiport in Malus seedlings under the three salt concentration stress was all obviously higher than that under the iso-osmotic PEG stress. It indicated that the sodium ion effect had more stimulation on the activity of H+-ATPase, proton pump and Na+/H+ antiport in salt-tolerant species, and salt-tolerant species has higher capability of sodium extrusion and compartmentalization in roots and is therefore more salt tolerant.     

植物抵御盐害的生理机制

综述了植物抵御盐害的生理机制,包括泌盐、稀盐、聚盐和拒盐等避盐机理,以及地上部K+/Na+、生物膜的结构功能、离子区域化、渗透调节、激素调节、活性氧在细胞内的清除机制、盐胁迫蛋白等方面的耐盐机理的研究进展。