崔立新 和亞男 李亞萍 謝先芝,*

(1山東師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，濟(jì)南 250014；2山東省水稻研究所，濟(jì)南 250100；*通訊聯(lián)系人，E-mail: xzhxie2010@163.com)

水稻OsHKT基因表達(dá)模式分析

崔立新1,2和亞男2李亞萍1,2謝先芝1,2,*

(1山東師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，濟(jì)南 250014；2山東省水稻研究所，濟(jì)南 250100；*通訊聯(lián)系人，E-mail: xzhxie2010@163.com)

【目的】OsHKT(High-affinity K+transporter)是與水稻耐鹽脅迫有關(guān)的一類Na+或K+轉(zhuǎn)運(yùn)體或Na+-K+共轉(zhuǎn)運(yùn)體，對(duì)水稻體內(nèi)Na+再循環(huán)，維持植株地上部特別是葉片中的低Na+濃度和低Na+/K+比具有重要作用。本研究的目的是分析OsHKT基因家族表達(dá)的組織特異性、晝夜節(jié)律性以及鹽、ABA對(duì)其表達(dá)的影響?！痉椒ā坷脽晒舛縋CR技術(shù)分析OsHKT家族基因的表達(dá)模式?！窘Y(jié)果】OsHKT基因家族中不同成員的表達(dá)具有明顯的組織特異性，OsHKT1;1、OsHKT1;3、OsHKT2;3以及OsHKT2;4主要在水稻的葉片中表達(dá)，其余基因在根中表達(dá)水平較高。分析鹽處理后OsHKT家族基因在水稻根和葉中的表達(dá)模式，結(jié)果表明OsHKT家族基因的表達(dá)均受鹽脅迫的影響，但是不同OsHKT家族成員對(duì)鹽脅迫反應(yīng)不同。鹽處理后OsHKT1;5、OsHKT2;1和OsHKT2;2基因在根和葉中的表達(dá)模式是一致的，而其他家族成員在根和葉中存在差異。所有 OsHKT基因的表達(dá)在根或葉片中均受ABA調(diào)控，其中只有 OsHKT1;3和 OsHKT1;5在根和葉片中表達(dá)模式相似。光周期表達(dá)模式結(jié)果表明，OsHKT基因家族成員的表達(dá)具有相似的晝夜節(jié)律性?！窘Y(jié)論】本研究結(jié)果表明水稻 OsHKT家族不同成員的表達(dá)具有組織特異性和相似的晝夜節(jié)律性，并且不同成員對(duì)鹽脅迫和ABA應(yīng)答反應(yīng)不同。這種表達(dá)模式可能與水稻在不同環(huán)境下的鹽脅迫反應(yīng)相適應(yīng)。本研究結(jié)果為進(jìn)一步揭示OsHKT基因的作用機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

OsHKT；表達(dá)模式；鹽脅迫；ABA；組織特異性；光周期

HKT轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(high-affinity K+transporter)是質(zhì)膜上的一種離子運(yùn)輸體，是生物界普遍存在的負(fù)責(zé)Na+或K+轉(zhuǎn)運(yùn)或Na+-K+共轉(zhuǎn)運(yùn)的一種跨膜蛋白。在結(jié)構(gòu)上，HKT有8個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，中間是4個(gè)孔環(huán)(pore-loop,P-loop)組成的核心區(qū)，這4個(gè)孔環(huán)與1個(gè)中心孔狀區(qū)域相連。其中第1個(gè)孔環(huán)最重要，可分為兩種類型。類型Ⅰ：第1個(gè)孔環(huán)中含有絲氨酸，絲氨酸是 Na+特異性載體，該家族成員主要來自雙子葉植物[1]，大多是對(duì)于 Na+有特異性的低親和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；類型Ⅱ：第 1個(gè)孔環(huán)中含有甘氨酸，是K+選擇性載體[2-4]，該家族成員都來自單子葉植物，是 Na+-K+的協(xié)同運(yùn)輸體或 Na+/K+的單一運(yùn)載體。HKT蛋白含有4個(gè)MPM(membrane-pore-membrane)基序，即每個(gè)基序有2個(gè)跨膜區(qū)域(M1和M2)和1個(gè)孔狀區(qū)域組成。K+通道是由4個(gè)亞基組成的聚合體，而Na+通道則由4個(gè)MPM基序和多個(gè)跨膜區(qū)域組成。

在擬南芥(Arabidopsis thaliana)中僅發(fā)現(xiàn)一個(gè)HKT類蛋白AtHKT1;1，主要參與Na+在維管組織中的轉(zhuǎn)運(yùn)[5]。在一定的鹽脅迫下，AtHKT1;1對(duì)于鈉離子的攝取具有較低的親和性，且受鉀離子濃度的影響，在調(diào)控植物體內(nèi)的鈉鉀分配起著很重要的作用[6]。Wang等[7]提出假設(shè)，在正常鉀離子濃度范圍內(nèi)，AtHKT1;1的主要功能是卸載鈉離子；而在低濃度的鉀離子濃度下，它對(duì)于鈉離子的攝取起著重要的作用。Sunarpi等[8]采用GUS染色和免疫定位技術(shù)證明，AtHKT1;1主要在木質(zhì)部薄壁細(xì)胞中表達(dá)，在韌皮部組織中僅有少量表達(dá)，因而提出AtHKT1;1從根木質(zhì)部汁液中卸載 Na+到周圍薄壁細(xì)胞中，防止過多Na+上運(yùn)至地上部。

1994年，Schachtman[9]從單子葉植物小麥中分離出TaHKT1基因。Horie等[2]發(fā)現(xiàn)了水稻中 2個(gè)HKT基因(OsHKT1和 OsHKT2)。目前已經(jīng)在日本晴中發(fā)現(xiàn)了9個(gè)HKT類基因(OsHKT1～OsHKT9)。早期對(duì)水稻中 HKT的分類和命名是根據(jù)其發(fā)現(xiàn)順序進(jìn)行的。如水稻中發(fā)現(xiàn)的第 2個(gè) HKT，寫成OsHKT2。隨著HKT基因家族研究的不斷深入，逐漸發(fā)現(xiàn)了這種命名法的一些問題，特別是它不能反映HKT的相關(guān)功能?；贖KT的分子結(jié)構(gòu)研究，Platten等[10]將OsHKT蛋白分為兩類：第1類為Na+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[11,12]，包括 OsHKT1;1、OsHKT1;2、OsHKT1;3、OsHKT1;4和OsHKT1;5等；第2類為Na+-K+共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，包括水稻 OsHKT2;1、OsHKT2;2和OsHKT2;3等。有研究發(fā)現(xiàn)OsHKT2;4主要是鉀轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，尤其是在低鈉濃度下[13]。但OsHKT2;1有多種滲透模式，既屬于Na+-K+共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，也屬于 Na+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；它的轉(zhuǎn)運(yùn)狀態(tài)，取決于外部的Na+和K+的濃度[14,15]。書寫時(shí)在HKT后面第一個(gè)數(shù)字分別用1或2表示HKT屬第一亞類或第二亞類，然后隔以分號(hào)(;)，再寫第 2個(gè)數(shù)字，該數(shù)字根據(jù) HKT發(fā)現(xiàn)的次序先后編號(hào)排序。HKT基因通常含有兩個(gè)內(nèi)含子，且第一類上的內(nèi)含子明顯比第二類大。這種命名方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以分析不同物種相同HKT基因或相同物種不同HKT基因在進(jìn)化和功能上的區(qū)別和聯(lián)系[16]。

目前，對(duì)水稻 OsHKT基因的功能研究已有報(bào)道。鹽脅迫下，OsHKT1;4在水稻的生殖生長階段可以外排莖和葉片中的鈉離子；而在營養(yǎng)生長階段，外排鈉離子的貢獻(xiàn)非常低[17]。鹽脅迫下，OsHKT2;1和OsHKT2;2在耐鹽性水稻品種Nona Bokra中可以調(diào)節(jié)鈉離子的進(jìn)入，從而避免鈉離子毒害[18]。鹽脅迫下 OsHKT2;1的轉(zhuǎn)錄水平會(huì)下降[15]。OsHKT1;1主要在葉的韌皮部表達(dá)，鹽脅迫下會(huì)提高表達(dá)量，減少水稻地上部Na+的積累；而且可被MYB類轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控[13]。OsHKT1;5可以減少鈉離子向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高鹽脅迫耐性[19]。也有研究表明，OsHKT2;4是HKT中的一個(gè)新成員，具有高的鉀離子滲透性和低鈉離子滲透性[20]。盡管 OsHKT基因功能有一些報(bào)道，但是研究均不系統(tǒng)。本研究對(duì)OsHKT基因表達(dá)的組織特異性、鹽脅迫處理、ABA處理和晝夜節(jié)律性的表達(dá)模式進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為深入揭示 OsHKT基因在水稻生長發(fā)育中的作用提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

供試材料為水稻品種日本晴(Oryza sativa L.,cv. Nipponbare)。

材料的培養(yǎng)和處理：野生型(WT)水稻種子經(jīng)過浸種、催芽后先種于光照培養(yǎng)箱(28℃,光照強(qiáng)度為7200 lx，6:00光照開始，23:00光照結(jié)束)下的去離子水中培養(yǎng)3 d，然后換成Yoshida培養(yǎng)液(pH=5.7)培養(yǎng)，分別挑選4葉期健壯一致的幼苗用于脫落酸處理、NaCl處理和光周期處理實(shí)驗(yàn)。

脫落酸(ABA)處理：將100 μmol/L的ABA溶液(含 0.2%的吐溫 20)噴灑葉片表面并澆灌植株根部，分別在處理0 h、2 h和6 h后取葉片和根部樣品。NaCl處理在營養(yǎng)液中進(jìn)行，幼苗首先在營養(yǎng)液中生長到4葉期，隨后加入含有200 mmol/L NaCl的Yoshida營養(yǎng)液，在處理0 h、1 h和24 h分別取葉片和根的樣品。

光周期處理：在日本晴幼苗4葉期，分別于當(dāng)日 6：00、10：00、14：00、18：00、22：00 及次日 2：00、6：00取葉片樣品進(jìn)行基因表達(dá)的光周期特性分析。以上每處理均設(shè)置3次重復(fù)。

1.2 RNA的提取與反轉(zhuǎn)錄

采用 RNAiso Plus試劑(TaKaRa,中國大連)提取總RNA，利用DNaseⅠ(TaKaRa)處理以除去樣品中的DNA污染。樣品質(zhì)量經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳和紫外分光光度計(jì)檢測(cè)后，取 1 μg的總 RNA，參照cDNA合成試劑盒(TaKaRa)說明書反轉(zhuǎn)錄cDNA。

1.3實(shí)時(shí)RT-PCR分析

根據(jù)水稻ABC1以及OsHKT家族中的各個(gè)基因的cDNA序列設(shè)計(jì)引物(表1),實(shí)時(shí)RT-PCR分析使用生物染料法熒光定量試劑盒(SYBR Premix Ex TaqTM,TaKaRa)在ABI PRISM 7500實(shí)時(shí)PCR系統(tǒng)上進(jìn)行。cDNA稀釋約20倍后進(jìn)行PCR擴(kuò)增。每個(gè)反應(yīng)包括 10 μL 2×SYBR Premix Ex Taq、2 μL cDNA模板以及 0.2 μmol/L基因特異性引物對(duì)(表1)，總體積為20 μL。反應(yīng)條件如下: 95℃下預(yù)變性3 min; 95℃下變性15 s，55℃下復(fù)性15 s，72℃下延伸45 s，40個(gè)循環(huán)。每個(gè)樣品進(jìn)行3次重復(fù)，采用 2－ΔΔCT方法計(jì)算目標(biāo)基因相對(duì)表達(dá)量，其中ΔΔCT=處理(CT目標(biāo)基因－CTActin)－對(duì)照(CT目標(biāo)基因－CTActin)。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel的單因素方差分析進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

表1 本研究中所用的熒光定量PCR引物Table 1. Real time RT-PCR primers used in the study.

2 結(jié)果與分析

2.1OsHKT基因在水稻中的組織特異性表達(dá)

我們首先利用熒光定量PCR比較了OsHKT家族中的各個(gè)基因在日本晴水稻葉片和根中的相對(duì)表達(dá)水平。如圖1所示，OsHKT1;1、OsHKT1;3、OsHKT2;3以及OsHKT2;4主要在水稻的葉片中表達(dá)；OsHKT1;5主要在根中表達(dá)；OsHKT1;2、OsHKT1;4、OsHKT2;1和OsHKT2;2在根和葉中均有表達(dá)，但在根中表達(dá)水平較高。由此可以看出，OsHKT家族不同成員基因的表達(dá)具有明顯的組織特異性。

2.2鹽處理對(duì)OsHKT家族基因表達(dá)水平的影響

OsHKT作為一種 Na+/K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在調(diào)控水稻Na+、K+離子轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮著功能。因此，我們利用熒光定量PCR比較NaCl處理前后OsHKT家族基因在水稻根和葉中的相對(duì)表達(dá)量差異。如圖2-A所示，在根部，NaCl處理后 OsHKT1;2、OsHKT1;3、OsHKT1;4、OsHKT1;5和OsHKT2;3的表達(dá)受到抑制；OsHKT1;1、OsHKT2;1、OsHKT2;2 和 OsHKT2;4的表達(dá)在NaCl處理1 h后上調(diào)，而在NaCl處理24 h后表達(dá)受到抑制。如圖 2-B所示，在地上部，OsHKT1;1、OsHKT1;2、OsHKT1;4、OsHKT2;1 和OsHKT2;2分別在NaCl處理1 h后上調(diào)表達(dá)，而在NaCl處理24 h后表達(dá)受到抑制；OsHKT1;5在NaCl處理后表達(dá)受到抑制；而OsHKT2;3和OsHKT2;4在鹽處理1 h后表達(dá)受到抑制，在NaCl處理24 h表達(dá)量恢復(fù)到正常水平；OsHKT1;3基因的表達(dá)不受影響。

通過比較，我們發(fā)現(xiàn)NaCl處理前后OsHKT1;5、OsHKT2;1和OsHKT2;2在根和葉中的表達(dá)模式是一致的；而NaCl處理前后OsHKT1;1、OsHKT1;2、OsHKT1;3、OsHKT1;4、OsHKT2;3和 OsHKT2;4的表達(dá)在根和葉中存在差異。以上結(jié)果表明，OsHKT家族中基因的表達(dá)均受NaCl脅迫的影響，但是OsHKT家族不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)對(duì)NaCl脅迫反應(yīng)不同。

2.3 ABA對(duì)OsHKT家族基因表達(dá)水平的影響

比較了ABA處理前后，OsHKT家族中的各個(gè)基因在日本晴水稻根中的相對(duì)表達(dá)水平(圖 3-A)。

OsHKT2;3和OsHKT2;4的表達(dá)受ABA處理后上調(diào)；而OsHKT2;1 和OsHKT2;2的表達(dá)在ABA處理2 h后上調(diào)，而在ABA處理6 h后表達(dá)受到抑制。隨后我們又比較了ABA處理前后，OsHKT家族中的各個(gè)基因在日本晴水稻地上部的相對(duì)表達(dá)水平。如圖3-B所示，OsHKT家族中的OsHKT1;3和OsHKT1;5在 ABA處理之后表達(dá)量上調(diào)；OsHKT1;1、OsHKT1;2、OsHKT1;4、OsHKT2;1和 OsHKT2;2的表達(dá)量均下調(diào)；僅有OsHKT2;3和OsHKT2;4的表達(dá)量幾乎不受 ABA處理的影響。通過比較，發(fā)現(xiàn)ABA處理前后OsHKT1;3和OsHKT1;5在根和地上部的表達(dá)模式是一致的；而OsHKT家族中的其他基因在根和葉中的表達(dá)存在差異。說明所有OsHKT基因的表達(dá)均受ABA調(diào)控。

圖1 OsHKT基因家族在水稻根和葉片中的表達(dá)水平Fig. 1. Relative expression level of OsHKTfamily genes in rice root and leaf.

圖2 NaCl處理對(duì)OsHKT基因家族表達(dá)水平的影響Fig. 2. Relative expression level of OsHKT family genes with the NaCl treatment.

圖3 ABA處理對(duì)水稻苗期OsHKT家族基因表達(dá)水平的影響Fig. 3. Relative expression level of OsHKTfamily genes in rice seedling treated with ABA.

2.4光周期表達(dá)模式分析

比較了 OsHKT家族基因在長日照下的晝夜節(jié)律表達(dá)模式。結(jié)果表明，OsHKT家族中的所有成員的表達(dá)均存在晝夜節(jié)律現(xiàn)象，并且表達(dá)模式基本一致，即光期表達(dá)水平逐漸下降，在光期結(jié)束時(shí)達(dá)到最低(18:00－22:00)，在暗期表達(dá)水平逐漸升高，在暗期結(jié)束時(shí)(6:00)達(dá)到最高(圖4)。

圖4 長日照條件下OsHKT家族基因晝夜節(jié)律性表達(dá)模式Fig. 4. Diurnal rhythm expression patterns of OsHKT family genes under long-day conditions.

3 討論

研究表明OsHKT1;1基因主要在地上部表達(dá)[18]，而OsHKT1;5主要在根中表達(dá)[19]，這與我們的結(jié)果一致(圖1)。已有研究表明，OsHKT2;1主要在根的皮層和內(nèi)皮層表達(dá)，在葉片的維管束區(qū)域表達(dá)[14]，與此一致的是，我們的研究結(jié)果也表明 OsHKT2;1在根和葉中均有表達(dá)(圖1)；OsHKT2;3和OsHKT2;4基因主要在葉中表達(dá)(圖 1)，且在根中的表達(dá)量受ABA誘導(dǎo)(圖3-A)，這與胡一兵等[21]的報(bào)道一致。

擬南芥中的研究表明，鹽脅迫反應(yīng)可以分為脫落酸(ABA)依賴性的和 ABA 非依賴性的[22]。我們比較了ABA處理和鹽脅迫下的OsHKT家族中的不同基因在根和葉中表達(dá)模式的差異，發(fā)現(xiàn)根中OsHKT1;1、OsHKT2;1和OsHKT2;2基因在鹽脅迫下與ABA處理下的表達(dá)模式是一致的(圖2-A和圖3-A)，推測(cè)這些基因可能參與 ABA依賴性的鹽脅迫反應(yīng)。而 OsHKT家族中的其他基因在鹽脅迫下和 ABA處理下的表達(dá)模式均不一致，推測(cè)這些基因參與的鹽脅迫反應(yīng)可能與ABA途徑無關(guān)。

有研究表明，OsHKT1;5可以將過多的 Na+從木質(zhì)部中卸載到周圍薄壁細(xì)胞中，降低木質(zhì)部汁液中Na+含量，防止向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)，間接使得K+向地上部運(yùn)輸，從而提高地上部的K+/Na+比，在Na+長距離運(yùn)輸過程中發(fā)揮重要作用[23-24]。OsHKT1;5的功能與其組織特異性相關(guān)，主要在根中表達(dá)。而我們的研究結(jié)果表明OsHKT1;5在日本晴水稻根和葉中的表達(dá)均受鹽脅迫抑制(圖2)，這可能與日本晴是鹽敏感品種相關(guān)。研究表明OsHKT2;1和OsHKT2;2在鹽脅迫下發(fā)揮著重要功能，在鹽脅迫下，OsHKT2;1在耐鹽型水稻品種中表達(dá)量下調(diào)；OsHKT2;2在鹽敏感型和耐鹽型水稻品種中表達(dá)量均下調(diào)[25]。即鹽脅迫下，OsHKT2;1和 OsHKT2;2的下調(diào)表達(dá)有利于植物生長。我們的結(jié)果表明OsHKT2;1和OsHKT2;2在鹽處理24 h表達(dá)受到抑制，但在鹽處理1 h表達(dá)上調(diào)(圖2)。

植物中許多與鹽脅迫相關(guān)基因的表達(dá)均受光調(diào)控，如小麥中的 TaGBF1基因[26]、擬南芥中的AtSTO基因[27]以及水稻中的OsDABH1基因[28]。有報(bào)道表明冰葉日中花的葉片中V-H+-ATPase的A、B、C亞基特別是C亞基編碼基因的mRNA呈晝夜節(jié)律性變化，且在鹽脅迫下變化幅度增大[29]。本研究結(jié)果顯示了OsHKT家族成員基因的轉(zhuǎn)錄水平均具有晝夜節(jié)律性，據(jù)此推測(cè)水稻在光期和暗期對(duì)Na+和K+的轉(zhuǎn)運(yùn)能力不同，這可能與水稻光期和暗期的不同生理狀態(tài)相適應(yīng)。

OsHKT家族不同基因表達(dá)具有不同組織特異性，受鹽脅迫處理后表達(dá)模式也不同。推測(cè)這些基因協(xié)同作用維持著體內(nèi)離子平衡，特別是 Na+/K+平衡。但是除了OsHKT1;1和OsHKT1;5外，其余OsHKT家族基因的作用機(jī)制仍不清楚。本研究為深入探討OsHKT家族基因的功能奠定了基礎(chǔ)。

[1] Garciadeblas B,Senn M E,Banuelos M A,Rodríguez Navarro A. Sodium transport and HKT transporters: The rice model. Plant J,2003,34(6): 788-801.

[2] Horie T,Yoshida K,Nakayama H,Yamada K,Oiki S,Shinmyo A. Two types of HKT transporters with different properties of Na+and K+transport in Oryza sativa. Plant J,2001,27(2): 129-138.

[3] Maser P,Hosoo Y,Goshima S,Horie T,Eckelman B,Yamada K,Yoshida K,Bakker EP,Shinmyo A,Oiki S,Schroeder J I,Uozumi N. Glycine residues in potassium channel-like selectivity filters determine potassium selectivity in four-loop-per-subunit HKT transporters from plants. Proc Natl Acad Sci USA,2002,99(9):6428-6433.

[4] Garciadeblas B,Senn M E,Banuelos M A,Rodríguez N A. Sodium transport and HKT transporters: The rice model. Plant J,2003,34(6): 788-801.

[5] Uozumi N,Kim E J,Rubio F,Yamaguchi T,Muto S,Tsuboi A,Bakker E P,Nakamura T,Schroeder J I. The Arabidopsis HKT1 gene homolog mediates inward Na+currents in xenopuslaevis oocytes and Na+uptake in Saccharomyces cerevisiae. Plant Physiol,2000,122(4):1249-1259.

[6] Wang Q,Guan C,Wang P,Lü M L,Ma Q,Wu G Q,Bao A K,Zhang J L,Wang S M. AtHKT1;1 and AtHAK5 mediate low-affinity Na+,uptake in Arabidopsis thaliana,under mild salt stress. Plant Growth Regul,2015,75(3):615-623.

[7] Wang Q,Guan C,Wang S M. Coordination of AtHKT1;1 and AtSOS1 facilitates Na+,and K+,homeostasis in Arabidopsis thaliana,under salt stress. J Plant Biol,2014,57(5): 282-290.

[8] Sunarpi,Horie T,Motoda J,Kubo M,Yang H,Yoda K,Horie R,Chan W Y,Leung H Y,Hattori K,Konomi M,Osumi M,Yamagami M,Schroeder J I,Uozumi N.Enhanced salt tolerance mediated by AtHKT1 transporter-induced Na unloading from xylem vessels to xylem parenchyma cells. Plant J,2006,44(6): 928-938.

[9] Uozumi N,Kim E J,Rubio F,Yamaguchi T,Muto S,Tsuboi A,Bakker E P,Nakamura T,Schroeder J I. The Arabidopsis HKT1 gene homolog mediates inward Na+currents inxenopuslaevis oocytes and Na+uptake in Saccharomyces cerevisiae. Plant Physiol,2000,122(4):1249-1259.

[10] Platten J D,Cotsaftis O,Berthomieu P,Bohnert H,Davenport R J,Fairbairn D J,Horie T,Leigh R A,Lin H X,Luan S,M?ser P,Pantoja O,Rodríguez-Navarro A,Schachtman D P,Schroeder J I,Sentenac H,Uozumi N,Véry A A,Zhu J K,Dennis E S,Tester M. Nomenclature for HKT transporters,key determinants of plant salinity tolerance. Trends Plant Sci,2006,11(8): 372-374.

[11] Fairbairn D J,Liu W,Schachtman D P,Gomez-Gallego S,Day S R,Teasdale R D. Characterisation of two distinct HKT1-like potassium transporters from Eucalyptus camaldulensis. Plant Mol Biol,2000,43(4):515-525.

[12] Su H,Balderas E,Veraestrella R,Golldack D,Golldack D,Quigley F,Zhao C,Pantoja O,Bohnert H J.Expression of the cation transporter McHKT1 in a halophyte. Plant Mol Biol,2003,52(5): 967-980.

[13] Wang R,Jing W,Xiao L,Jin Y,Shen L,Zhang W. The OsHKT1;1 transporter is involved in salt tolerance and regulated by an MYB-Type transcription factor. Plant Physiol,2015,168(3): 1076-1090.

[14] Horie T,Yoshida K,Nakayama H,Yamada K,Oiki S,Shinmyo A. Two types of HKT transporters with different properties of Na+and K+transport in Oryza sativa. Plant J,2001,27(2): 129-138.

[15] Horie T,Costa A,Kim T H,Han M J,Horie R,Leung H Y,Miyao A,Hirochika H,An G,Schroeder J I. Rice OsHKT2;1 transporter mediates large Na+influx component into K+-starved roots for growth. EMBO J,2007,26(12): 3003-3014.

[16] Platten J D,Cotsaftis O,Berthomieu P,Bohnert H,Davenport R J,Fairbairn D J,Horie T,Leigh R A,Lin H X,Luan S,M?ser P,Pantoja O,Rodríguez-Navarro A,Schachtman D P,Schroeder J I,Sentenac H,Uozumi N,Véry A A,Zhu J K,Dennis E S,Tester M. Nomenclature for HKT transporters,key determinants of plant salinity tolerance. Trends Plant Sci,2006,11(8): 372-374.

[17] Suzuki K,Yamaji N,Costa A,Okuma E,Kobayashi N I,Kashiwagi T,Katsuhara M,Wang C,Tanoi K,Murata Y,Schroeder J I,Ma J F,Horie T. OsHKT1;4-mediated Na+,transport in stems contributes to Na+,exclusion from leaf blades of rice at the reproductive growth stage upon salt stress. BMC Plant Biol,2016,16(1): 22.

[18] Suzuki K,Costa A,Nakayama H,Katsuhara M,Shinmyo A,Horie T. OsHKT2;2/1-mediated Na+influx over K+uptake in roots potentially increases toxic Na+accumulation in a salt-tolerant landrace of rice Nona Bokra upon salinity stress. J Plant Res,2016,129(1):67-77.

[19] Ren Z H,Gao J P,Li L G,Cai X L,Huang W,Chao D Y,Zhu M Z,Wang Z Y,Luan S,Lin H X. A rice quantitative trait locus for salt tolerance encodes a sodium transporter. Nat Genet,2005,37(10): 1141.

[20] Sassi A,Mieulet D,Khan I,Moreau B,Gaillard I,Sentenac H,Véry A A. The rice monovalent cation transporter OsHKT2;4: Revisited ionic selectivity. Plant Physiol,2012,160(1): 498-510.

[21] 胡一兵,羅偉,吳延壽,徐國華. 水稻鈉鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因OsHKT2;3和OsHKT2;4的功能研究//2011年中國遺傳學(xué)會(huì)大會(huì)論文摘要匯編. 烏魯木齊: 中國遺傳學(xué)會(huì),2011: 46.Hu Y B,Luo W,Wu Y S,Xu G H. The functional study of rice Na+/K+transporter OsHKT2;3 and OsHKT2;4 genes//Proceedings of China Genetics Conference in 2011. Urumqi,China: Chinese Genetics Society,2011:46. (in Chinese)

[22] 顧建偉. 光敏色素B介導(dǎo)的光信號(hào)調(diào)控水稻ABA反應(yīng)的研究. 鄭州: 鄭州大學(xué),2012.Gu J W. Study on the regulation of ABA reaction of rice by photosensitive B mediated optical signal.Zhengzhou: Zhengzhou University,2012. (in Chinese with English abstract)

[23] Lin H X,Zhu M Z,Yano M,Gao J P,Liang Z W,Su W A,Hu X H,Ren Z H,Chao D Y. QTLs for Na+and K+uptake of the shoots and roots controlling rice salt tolerance. Theor Appl Genet,2004,108(2): 253-260.

[24] Cotsaftis O,Plett D,Johnson A A,Walia H,Wilson C,Ismail A M,Close T J,Tester M,Baumann U.Root-specific transcript profiling of contrasting rice genotypes in response to salinity stress.. Mol Plant,2011,4(1): 25-41.

[25] Kader M A,Seidel T,Golldack D,Lindberg S.Expressions of OsHKT1,OsHKT2,and OsVHA are differentially regulated under NaCl stress in salt-sensitive and salt-tolerant rice (Oryza sativa L.) cultivars. J Exp Bot,2006,57(15): 4257.

[26] Sun Y,Xu W,Jia Y,Wang M,Xia G. The wheat TaGBF1 gene is involved in the blue-light response and salt tolerance. Plant J Cell amp; Mol Biol,2016,84(6):1219-1230.

[27] Indorf M,Cordero J,Neuhaus G,Rodríguez-Franco M.Salt tolerance (STO),a stress-related protein,has a major role in light signaling. Plant J,2007,51(4): 563-574.

[28] Hasthanasombut S,Paisarnwipatpong N,Triwitayakorn K,Kirdmanee C,Supaibulwatana K. Expression of OsBADH1 gene in indica rice (Oryza sativa L.) in correlation with salt,plasmolysis,temperature and light stresses. Plant Omics,2011,4(7): 400-407.

[29] Luttge U,Ratajczak R. The physiology,biochemistry and molecular biology of the plant vacuolar ATPase. Adv Bot Res,1997,25(8): 253-296.

Expression Patterns of OsHKT Genes in Rice

CUI Lixin1,2,HE Yanan2,LI Yaping1,2,XIE Xianzhi1,2,*
(1College of Life Sciences,Shandong Normal University,Jinan 250014,China; 2Shandong Rice Research Institute,Jinan 250100,China; *Corresponding author,E-mail: xzhxie2010@163.com)

【Objective】OsHKTs (High Affinity K+Transporter) encode Na+or K+transporter or Na+-K+co-transporters that play an important role in Na+recirculation and maintaining the low concentration of Na+and low Na+/ K+ratio in above-ground tissues,especially leaves. Therefore,OsHKT family is related to salt stress tolerance in rice. In this study,we analyzed the tissue specificity and diurnal rhythm of OsHKTs gene expression and expression patterns in rice seedlings treated with either salt or ABA. 【Method】qRT-PCR technique was used to analyze OsHKTs expression patterns. 【Result】Individual member of OsHKT family genes had different expression levels in root and leaf. OsHKT1;1,OsHKT1;3,OsHKT2;3,and OsHKT2;4 mainly expressed in leaves,whereas other members had higher transcript levels in roots relative to those in leaves. Salt treatment affected transcript levels of OsHKT family genes both in leaves and roots. OsHKT1;5,OsHKT2;1,and OsHKT2;2 had similar expression patterns in both leaves and roots of seedlings treated with NaCl,whereas other members did not. Transcript levels of OsHKT family genes were regulated by ABA treatment either in leaves or in roots. OsHKT1;3 and OsHKT1;5 had similar expression patterns in both leaves and roots. In addition,expression patterns of OsHKT genes exhibited similar diurnal rhythm. 【Conclusion】Our results suggest that expression of OsHKT family genes has tissue-specificity and similar diurnal rhythm. Exogenous NaCl and ABA treatment have different influences on OsHKT transcripts,depending on individual member of the family. Our findings lay a foundation for further revealing the functional mechanism of OsHKT genes in rice.

OsHKT; expression patterns; salt stress; ABA; tissue specificity; photoperiod

Q945.78; S511.03

A

1001-7216(2017)06-0559-09

10.16819/j.1001-7216.2017.7070

2017-06-08; 修改稿收到日期：2017-07-07。

山東省科技重大專項(xiàng)(2015ZDJS03001-4); 山東省中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金資助項(xiàng)目(ZR2016CB17); 山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目[黃河三角洲中高度鹽堿地水稻品種(系)篩選與淡水控量增效技術(shù)研究與示范]。