王立光

擬南芥內(nèi)膜Na+,K+/H+反向轉運體研究進展

王立光

甘肅省農(nóng)業(yè)科學院 生物技術研究所，甘肅 蘭州 730070

擬南芥內(nèi)膜Na,K+/H+反向轉運體 (Endosomal NHX) 的亞細胞定位、離子轉運特性及生物學功能闡釋取得了重要進展。擬南芥內(nèi)膜Na+,K+/H+反向轉運體包含AtNHX5和AtNHX6兩個成員，它們的氨基酸序列相似性為78.7%。研究表明，AtNHX5和AtNHX6具有功能冗余，它們都定位在高爾基體 (Golgi)、反面高爾基體管網(wǎng)狀結構 (TGN)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 和液胞前體 (PVC)，參與調(diào)控耐鹽脅迫、pH平衡和K+平衡等。有報道顯示內(nèi)膜NHXs跨膜結構域存在能夠調(diào)控自身離子活性的酸性保守氨基酸殘基，對其自身功能具有決定性作用。最新研究結果表明，擬南芥內(nèi)膜NHXs影響囊泡運輸和蛋白存貯，并參與生長素介導的植物生長和發(fā)育。文中主要對擬南芥內(nèi)膜NHXs的亞細胞定位、離子轉運、功能及應用進展進行了概述。

內(nèi)膜Na+,K+/H+反向轉運體，亞細胞定位，離子轉運，囊泡運輸，蛋白存貯

Na+,K+/H+反向轉運體 (NHX) 是一類跨膜反向轉運蛋白，屬于一價陽離子/H+反向轉運體 (Cation/proton antiporter，CPA) 基因家族中的CPA1亞家族，它們在酵母、細菌、植物和動物等生物體內(nèi)廣泛存在，生化活力是將Na+或K+與質(zhì)子 (H+) 進行跨膜反向轉運[1-4]。植物內(nèi)，質(zhì)膜H+-ATPase (P-ATPase)、液胞膜H+-ATPase (V-ATPase) 和H+-PPiase產(chǎn)生H+電化學勢梯度，為Na+,K+/H+反向轉運體的離子轉運提供驅(qū)動力[5-8]。大量研究表明，維持細胞內(nèi)離子和pH穩(wěn)態(tài)對細胞活動和功能至關重要，而植物Na+,K+/H+反向轉運體是植物細胞的重要跨膜反向轉運蛋白，對維持離子和pH平衡具有重要作用，并在各種細胞過程中扮演重要角色，包括逆境響應、膜微囊運輸、蛋白存貯、細胞生長、滲透調(diào)節(jié)、Na+和K+離子運輸及生長與發(fā)育等生理生化過程[9-20]。

植物NHX在細胞內(nèi)廣泛分布，并多以多基因家族形式存在。植物中NHX最先由Ratner于1967年從大麥質(zhì)膜上發(fā)現(xiàn)，液胞膜上的NHX活性于1985年第一次在甜菜貯藏組織中檢測到[21-22]。后來，人們相繼在多種植物內(nèi)檢測到液胞Na+,K+/H+反向轉運活性，并展開了深入研究。但是，第一個被克隆到的成員是Gaxiala于1999年在擬南芥cDNA文庫中獲得的[23]，隨后眾多基因在植物中被鑒定克隆出來。

根據(jù)亞細胞分布，植物Na+,K+/H+反向轉運體基因家族成員被分為3類，即質(zhì)膜NHXs (Plasma membrane NHX)、液胞NHXs (Vacuolar NHX) 和內(nèi)膜NHXs (Endosomal NHX)[3]。已有研究已經(jīng)證實，質(zhì)膜和液胞NHXs可以逆著Na+和K+濃度梯度運輸，將細胞質(zhì)內(nèi)的Na+和K+外排出細胞或區(qū)室化到液胞內(nèi)，降低細胞質(zhì)的滲透勢，避免水分脅迫[21]。在鹽脅迫條件下，液胞NHXs對細胞質(zhì)和液胞中pH值的調(diào)控起著重要作用[24]。通過Na+,K+/H+反向轉運體氨基酸序列分析發(fā)現(xiàn)，Na+,K+/H+反向轉運體的N端是負責轉運的區(qū)域，C端含有多個蛋白激酶作用位點，是活性調(diào)節(jié)區(qū)域，在離子選擇性方面起著重要作用[25]。模式植物擬南芥中NHX基因家族包含8個成員，其中質(zhì)膜NHXs (AtNHX7/SOS1、AtNHX8)、液胞NHXs (AtNHX1–4) 研究得較早，并且AtNHX7/SOS1的調(diào)節(jié)機制研究得最為清楚。研究表明，AtNHX7/SOS1的表達和蛋白活性受蛋白激酶AtSOS2/CIPK24調(diào)控，而AtSOS2/CIPK24的活性又受Ca2+感受蛋白AtSOS3/CIPK4的調(diào)控，當AtSOS3/CIPK4與AtSOS2/CIPK24形成復合體，通過磷酸化去除AtNHX7/SOS1的C端自抑制區(qū)，從而將其激活[26-30]。而液胞膜上Na+,K+/H+反向轉運體很可能受到CBL-CIPK信號通路調(diào)控[31-32]，但具體的研究還未見報道。通過生物技術，在擬南芥、煙草、甜菜、綠豆、花生及馬鈴薯等植物中轉入擬南芥質(zhì)膜或液胞NHXs成員可以明顯提高這些植物的抗鹽、抗旱及鉀營養(yǎng)代謝能力，有望獲得新的抗逆材料[33-36]。

擬南芥內(nèi)膜NHXs基因 (AtNHX5和AtNHX6) 雖然早已被發(fā)現(xiàn)，但研究開展相對滯后，近幾年才取得重要進展[9,37-38]。文中根據(jù)已有的報道，結合其他植物類似基因的研究成果，對擬南芥內(nèi)膜NHXs的亞細胞定位、調(diào)節(jié)離子與pH平衡、蛋白運輸及植物生長發(fā)育中的作用機制及其應用的研究進展等方面進行了綜述。

1 AtNHX5和AtNHX6的亞細胞定位及基因表達

擬南芥質(zhì)膜NHXs (AtNHX7、AtNHX8) 和液胞NHXs (AtNHX1–4) 的亞細胞定位先后被報道，證明分別位于質(zhì)膜和液胞膜上[33,39-43]，而擬南芥內(nèi)膜NHXs (AtNHX5、AtNHX6) 的具體亞細胞定位在相當長的時間內(nèi)未見報道，只被認為是存在于質(zhì)膜和液胞膜間的內(nèi)膜上[3]，直到2011年Bassil等通過帶有熒光蛋白標簽的SYP32、VHA-a1和SPY61蛋白與AtNHX5、AtNHX6進行共定位分析，并通過免疫電鏡技術對AtNHX6亞細胞定位進行分析，首次報道AtNHX5和AtNHX6定位在高爾基體和反面高爾基體管網(wǎng)狀結構[44]。王立光等通過對AtNHX5-GFP和AtNHX6-GFP與帶有熒光蛋白標簽且位于高爾基體的SYP31、MEMB12及位于反面高爾基體管網(wǎng)狀結構的SYP41、VTI12的蛋白進行共定位分析也證實了AtNHX5和AtNHX6在高爾基體和反面高爾基體管網(wǎng)狀結構存在[15]。Reguera等通過進一步研究NHX5-YFP與反面高爾基體管網(wǎng)狀結構marker VTI12-RFP、液胞前體 (Prevacuolar compartment) Marker ARA7-RFP和Rha1-RFP發(fā)現(xiàn)，AtNHX5雖然主要存在于反面高爾基體管網(wǎng)狀結構，但在液胞前體也有分布，AtNHX5很可能在反面高爾基體管網(wǎng)狀結構和液胞前體間穿梭，這是通過囊泡運輸實現(xiàn)的[17]。最新研究成果進一步擴大了AtNHX5和AtNH6的定位范圍，利用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulum) Marker mCherry-HDEL進行共定位分析表明，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上存在內(nèi)膜NHXs分布[19]。以上研究成果表明，在質(zhì)膜和液胞膜之間的內(nèi)膜系統(tǒng)中，AtNHX5和AtNHX6廣泛存在，已經(jīng)證實存在于亞細胞結構高爾基體、反面高爾基體管網(wǎng)狀結構、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和液胞前體。目前，雖然未見AtNHX5和AtNHX6存在于內(nèi)膜系統(tǒng)其他部位的報道，但也不能排除其存在的可能性，因為AtNHX5和AtNHX6很可能是隨著囊泡運輸穿梭于這些膜結構。在其他植物中，內(nèi)膜NHXs的亞細胞定位研究進行得較少，遠低于擬南芥內(nèi)膜NHXs，但早在2008年Rodriguez-Rosales等通過在洋蔥表皮表達LeNHX2-GFP發(fā)現(xiàn)，番茄內(nèi)膜LeNHX2在液胞和細胞核周邊的泡狀結構上存在，但進一步的亞細胞定位卻未見報道[45]。擬南芥內(nèi)膜NHXs的亞細胞定位成果將為其他植物中已鑒定的類似反向轉運體的定位提供依據(jù)和指導。

Yokoi等研究表明，在生長21 d植株的根和莖中，通過Northern blotting能檢測到低豐度mRNA，而檢測不到mRNA，只有通過靈敏度更高的RT-PCR技術檢測到基因表達[39]，這表明基因表達在根和莖中應低于基因表達。Bassil等通過實時熒光定量PCR對和基因表達情況進行檢測發(fā)現(xiàn)，在花、花蕾、莖、蓮座葉和根中2個基因都有表達，且除了果莢中的表達低于外，在其他部位的整體表達水平略高于[44]。王立光等對整株幼苗基因表達檢測發(fā)現(xiàn)，在植株抽薹前，隨著幼苗生長，和的相對表達含量升高，且的整體相對表達明顯高于[15]。Ashnest等克隆基因上游3 kb的啟動子，通過GUS基因檢測啟動子活性及表達情況發(fā)現(xiàn)，啟動子在成熟胚、從早期到晚期發(fā)育的魚雷胚及萌發(fā)后的彎曲子葉中驅(qū)動GUS明顯表達[46]，預示著在這些階段和部位AtNHX6啟動子活性高，基因表達明顯。Dragwidge等進一步對啟動子活性研究發(fā)現(xiàn)，在主根頂端和側根原基，GUS被明顯啟動表達，這進一步表明內(nèi)膜在根組織中表達[18]。內(nèi)膜基因的表達研究也在番茄、水稻和胡楊中展開，并進行了報道。Venema等通過Northern blotting分析發(fā)現(xiàn)番茄基因在根和莖中強表達，而在葉中表達較弱[47]。Fukuda等對水稻基因啟動子研究發(fā)現(xiàn)，在側根發(fā)生部位、維管束、水孔、根尖和花粉粒等處檢測到GUS表達[48]，說明該基因啟動子在這些部位活性較強，也暗示基因在這些部位表達。葉楚玉等克隆了胡楊中的內(nèi)膜NHX基因，通過實時熒光定量PCR分析發(fā)現(xiàn)，在根、莖和葉中都檢測到該基因的表達[49]。這些結果與擬南芥和基因表達有很多相似之處，為擬南芥內(nèi)膜NHXs基因的表達研究提供了基礎。

2 AtNHX5和AtNHX6影響生長素介導的生長發(fā)育

Shi等研究發(fā)現(xiàn)，過表達不但提高了夏瑾葉片外植體的再生率，還提高了再生植株移植到土壤中的成活率，轉入并表達基因的夏瑾比野生型開花提前，生長發(fā)育受到影響[50]。通過AtNHX5和AtNHX6的氨基酸序列比對發(fā)現(xiàn)，兩者存在很高的相似性，相似率達到78.7%，單獨敲除兩者中的任何一個都不能對植株生長和發(fā)育造成影響，但是同時將兩個基因敲除，雙突變植株表現(xiàn)出生長遲緩、發(fā)育受阻及植株矮小，通過電鏡切片進一步發(fā)現(xiàn)雙突變植株細胞數(shù)目變小、細胞體積變小[44]。王立光等和武學霞等也分別發(fā)現(xiàn)AtNHX5和AtNHX6同時缺失的雙突變植株矮小、蓮座葉變小、結實率降低[15-16]。最新研究發(fā)現(xiàn)，AtNHX5和AtNHX6可能通過它們的運輸活動產(chǎn)生的pH值梯度調(diào)節(jié)生長素穿越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的運輸，從而參與生長素介導的生長發(fā)育[19]。同時，Dragwidge等證明AtNHX5和AtNHX6通過改變質(zhì)膜上PIN蛋白豐度介導了植物生長發(fā)育[18]。以上結果表明，AtNHX5和AtNHX6在細胞增殖和擴展等過程中起到重要作用，調(diào)節(jié)著植物的生長發(fā)育，其調(diào)節(jié)機制是通過影響生長素而實現(xiàn)的。在番茄中，也有對LeNHX2相關功能的研究，Rodriguez-Rosales等通過RNA干擾技術對番茄的進行沉默，發(fā)現(xiàn)隨著干擾程度加強，植株生長受到的抑制作用也隨著加強，果實和種子產(chǎn)量逐漸降低，但作者的研究并未涉及是否通過生長素介導[45]。

3 AtNHX5和AtNHX6調(diào)節(jié)胞內(nèi)離子和pH平衡

擬南芥質(zhì)膜NHXs和液胞NHXs介導Na+、K+的轉運及調(diào)節(jié)pH平衡的功能已被證實[28,33,40,51-52]，那內(nèi)膜NHXs是否具有相似的功能呢？根據(jù)這些問題，針對內(nèi)膜NHXs相關功能的研究先后展開，并取得了重要的進展。Yokoi等在酵母突變體AXT3K轉入AtNHX5基因，首先發(fā)現(xiàn)轉基因酵母能通過增加離子區(qū)室化增強酵母的鹽耐受性[39]。Bassil等通過雙突變體脅迫實驗發(fā)現(xiàn)，內(nèi)膜NHXs缺失將使種子萌發(fā)和幼苗生長對鹽脅迫極為敏感，在100 mmol/L NaCl脅迫下，雙突變種子在子葉出現(xiàn)后幾乎停止生長，而150 mmol/L NaCl處理幼苗將導致鮮重顯著下降[44]。安靜等在擬南芥中過表達AtNHX5發(fā)現(xiàn)，過表達能提高種子萌發(fā)和苗期的耐鹽性，過表達植株在鹽脅迫的干重、鮮重及地上部分Na+、K+含量均高于野生型植株，耐鹽性得到顯著提高[53]。王立光等運用酵母表達系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，AtNHX5和AtNHX6除了能恢復酵母突變體的耐鹽能力外，在維持K+平衡方面也具有重要作用，也能夠恢復酵母突變體耐高鉀脅迫的能力[15]。他們對AtNHX5和AtNHX6與AtCHX17在K+轉活力的異同進行了比較，發(fā)現(xiàn)在高K+低pH下AtNHX5和AtNHX6起作用，而AtCHX17在低K+高pH下具有作用[15]，這表明了擬南芥內(nèi)膜NHX與CHX的K+轉運模式可能存在差異。他們進一步研究發(fā)現(xiàn)，在低K+條件下，的根長生長明顯受到抑制，而在雙突變植株內(nèi)恢復AtNHX5或AtNHX6的表達能消除這一現(xiàn)象。通過K+含量測定發(fā)現(xiàn)，在正常生長條件下，植株內(nèi)的K+含量明顯低于野生型植株[15]。這些研究成果表明，擬南芥內(nèi)膜NHXs與基因家族其他成員一樣，也具有調(diào)節(jié)Na+、K+平衡的作用，且轉運模式也可能是相似的。同時，有報道顯示，番茄LeNHX2、水稻OsNHX5、楊樹PeNHX6和桑樹MaNHX6都具有調(diào)節(jié)Na+、K+平衡的作用[1,45,47,49,54-55]，這些預示著這類亞家族成員在植物中存在相似功能，這都將為其他植物中此類反向轉運體的研究提供思路。

內(nèi)膜系統(tǒng)的pH穩(wěn)態(tài)對細胞的功能至關重要。Martinier等研究發(fā)現(xiàn)，胞內(nèi)不同細胞器及蛋白運輸?shù)哪そY構囊泡的pH存在差異，而在煙草細胞內(nèi)轉入擬南芥內(nèi)膜NHXs將使液胞分選受體(Vacuolar sorting receptor，VSR)、反面高爾基體管網(wǎng)狀結構和液胞前體等的pH升高，表明擬南芥內(nèi)膜NHXs在維持內(nèi)膜系統(tǒng)pH穩(wěn)態(tài)具有重要作用。Reguera等運用基于熒光蛋白pHluorin的pH傳感器(pHluorin-based pH sensors) 測定了高爾基體、反面高爾基體管網(wǎng)狀結構、次級液胞前體和液胞分選受體的pH，發(fā)現(xiàn)雙突變植株的這些部位的pH均低于野生型植株[17]。另外，王立光等通過pH敏感的熒光探針BCECF (2￠,7￠-bis (carboxyethy1)-5-(6)-carboxyfluorescein，2￠,7￠-二(羧乙基)-5(6)-羧基熒光黃) 和微電極法分別對雙突變體的根部細胞液胞和葉片細胞液的pH進行了測定，結果顯示與野生型相比，其pH都降低[15]。樊立剛等發(fā)現(xiàn)AtNHX5和AtNHX6調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的pH，雙突變植株細胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的pH明顯降低[19]。這些結果都表明，擬南芥內(nèi)膜NHXs具有調(diào)節(jié)細胞pH平衡的功能，而在其他植物內(nèi)類似基因?qū)H平衡調(diào)節(jié)的研究還未見報道。

4 AtNHX5和AtNHX6調(diào)節(jié)蛋白運輸和存貯

植物蛋白在核糖體中合成后，部分蛋白需經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、反面高爾基體管網(wǎng)狀結構和多胞體/液胞前體，最終到達相應部位，在這個過程中，蛋白通過囊泡運輸實現(xiàn)轉運。現(xiàn)有的證據(jù)已經(jīng)表明，在擬南芥中這些部位都存在內(nèi)膜NHXs，它們調(diào)節(jié)囊泡運輸，影響蛋白的轉運和存貯。Bassil等最先發(fā)現(xiàn)AtNHX5和AtNHX6與囊泡運輸相關，他們發(fā)現(xiàn)與野生型相比，F(xiàn)M4-64在雙突變體中運到液胞的時間被延遲，用GFP標記的CPY蛋白在子葉中不能進入液胞，而是分布到了質(zhì)外體，同時轉錄組分析也顯示，內(nèi)很多與囊泡運輸相關的蛋白轉錄水平發(fā)生了改變，如RAB、VTI12、VPS35和VSR1等[44]。后來Reguera等進一步發(fā)現(xiàn)的種子變大，種皮變黑，種子中的PSV (Protein storage vacuoles) 體積變小而數(shù)目增多，存在大量種子貯藏蛋白的前體蛋白p2S和p12S，且種子貯藏蛋白2S和12S被運輸?shù)劫|(zhì)外體，而非PSV中；他們深入研究認為擬南芥內(nèi)膜NHXs缺失導致液胞分選受體2;1 (Vacuolar sorting receptors2;1, VSR2;1) 與其運輸物 (Cargoes) 間的結合作用降低，從而影響了蛋白質(zhì)的運輸過程，且內(nèi)膜NHXs對內(nèi)膜體pH的影響在蛋白質(zhì)運輸調(diào)節(jié)方面起著重要作用[17]。Ashnest等也發(fā)現(xiàn)擬南芥內(nèi)膜NHXs影響種子蛋白存貯，并證明擬南芥內(nèi)膜NHXs的C-末端與細胞分選復合體Retromer的組分SNX1相互作用，影響液胞分選受體從反面高爾基體管網(wǎng)狀結構回送到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的過程從而調(diào)節(jié)蛋白的運輸[46]。武學霞等通過構建三突變體發(fā)現(xiàn)，三突變體植株矮小，結實率下降，種子體積增大，種子的PSV體積變小而數(shù)目增多，存在大量種子貯藏蛋白前體蛋白，這表明種子貯藏蛋白運輸受到影響。他們發(fā)現(xiàn)在雙突變體細胞內(nèi)形成SNARE (Soluble N-ethylmaleimide- sensitive factor attachment protein receptor) 的成員SYP22和VAMP727聚集在高爾基體和反面高爾基體管網(wǎng)狀結構中，未能被向下運送到液胞前體內(nèi)，從而影響SNARE調(diào)控液胞前體和液胞之間生物膜融合的過程，導致蛋白運輸受到影響[16]。

雖然以上研究對擬南芥內(nèi)膜NHXs調(diào)節(jié)蛋白運輸和存貯提出了不同的分子機制，但都明確了AtNHX5和AtNHX6參與調(diào)節(jié)蛋白運輸過程。由已有的關于AtNHX5和AtNHX6的亞細胞定位報道，我們知道它們定位比較特殊，位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、反面高爾基體管網(wǎng)狀結構和多胞體/液胞前體，并且調(diào)節(jié)這些部位的pH平衡，而植物中很多蛋白在核糖體開始合成后，正好需要經(jīng)過這些部位后，才能到達特定的位置，因此AtNHX5和AtNHX6會參與到蛋白運輸?shù)脑S多環(huán)節(jié)上。

5 擬南芥內(nèi)膜NHXs具有影響其功能的保守氨基酸殘基

Bowers等進行序列比對發(fā)現(xiàn)，在酵母、細菌、植物和動物的NHX的跨膜區(qū)域存在4個保守的酸性氨基酸殘基，將酵母ScNhx1p中的4個氨基酸殘基分別突變?yōu)椴粠щ姾傻臉O性氨基酸殘基 (D201N、E225Q、D230N、E355Q)，其中3個突變氨基酸殘基 (D201N、E225Q、D230N) 中任何一個突變都會導致酵母蛋白運輸受阻，表明這3個保守氨基酸殘基在蛋白轉運過程中具有重要作用[56]。王立光等將AtNHX5和AtNHX6與ScNhx1p的氨基酸序列進行比對分析，發(fā)現(xiàn)在擬南芥內(nèi)膜NHXs的跨膜結構域也含有4個保守的酸性氨基酸殘基，AtNHX5的酸性氨基酸殘基D164、E188、D193、E320和AtNHX6的D165、E189、D194、E320氨基酸殘基，分別與酵母ScNhx1p的D201、E225、D230、E355保守氨基酸殘基相對應[15]。通過酵母生長實驗發(fā)現(xiàn)，如果AtNHX5的D164、E188、D193或AtNHX6的D165、E189、D194中任何一個保守氨基酸殘基突變，都將導致擬南芥內(nèi)膜NHXs在酵母內(nèi)具有的互補功能喪失。同時，AtNHX5的D164、E188、D193或AtNHX6的D165、E189、D194中任何一個保守氨基酸殘基突變也將不能使雙突變植株生長恢復到野生型水平[15]。武學霞等進一步證實，擬南芥內(nèi)膜NHXs的3個保守酸性氨基酸在種子存貯蛋白轉入PSV過程中具有重要作用，任何一個酸性保守氨基酸殘基突變都會使轉基因株系種子中存貯蛋白像雙突變的一樣，含有大量前體蛋白p2S和p12S[16]。這些結果顯示，3個保守酸性氨基酸殘基對AtNHX5和AtNHX6的離子運輸、蛋白轉運及調(diào)節(jié)生長發(fā)育等功能至關重要，也暗示這3個保守氨基酸殘基很可能影響AtNHX5和AtNHX6對pH平衡的調(diào)節(jié)。

6 擬南芥內(nèi)膜NHXs在植物改良中的應用

Shi等從擬南芥Landsberg的實生苗葉片內(nèi)克隆得到基因的cDNA序列，并導入藍豬耳植株內(nèi)，發(fā)現(xiàn)表達的藍豬耳植株的耐鹽力獲得提高，轉基因植株能在100 mmol/L NaCl的培養(yǎng)基上生長，而野生型不能生長[50]。他們進一步發(fā)現(xiàn)AtNHX5不僅提高了轉基因藍豬耳葉片富集Na+的能力，還對鹽處理降低葉片K+含量有著顯著的削弱作用，證實AtNHX5能應用于提高藍豬耳的耐鹽性，并認為其對植物耐鹽性的改良作用與該反向轉運體對Na+和K+的富集有關[50]。林小浩等通過AtNHX5轉化煙草發(fā)現(xiàn)，轉基因植株在300 mmol/L NaCl的條件下，生長明顯優(yōu)于野生型，且處理4 d后去除鹽脅迫，轉基因植株快速恢復生長，而野生型生長停滯，這表明AtNHX5能提高煙草耐鹽性，可用于培育耐鹽煙草品種[57]。Li等分別在水稻和構樹中表達AtNHX5發(fā)現(xiàn)，轉基因水稻和構樹不僅增強了對鹽脅迫的耐受力，還增強了抗干旱脅迫的能力，這暗示AtNHX5也可在抗逆境脅迫樹木和作物改良中進行有效利用[58-59]。Wu等和楊權等都對基因轉化大豆開展了研究，他們的結果都證明，AtNHX5轉化大豆能增強大豆的耐鹽性，可用于大豆抗鹽品種的改良利用[60-61]。另外，有研究表明，在馬鈴薯內(nèi)轉入并表達AtNHX5或AtNHX6基因，可以提高轉基因植株的耐鹽性和抗旱性，提高塊莖產(chǎn)量[62]。

7 展望

內(nèi)膜NHXs亞家族作為NHXs家族重要成員之一，在植物的生長發(fā)育和逆境脅迫中起到重要的作用。近些年，植物中內(nèi)膜NHXs的研究工作相繼展開，尤其AtNHX5和AtNHX6的亞細胞定位、基因表達、功能和抗逆改良應用等取得了一系列進展，但關于它們過表達能否影響蛋白存貯的研究還未見詳細報道，尚需深入研究。雖然越來越多物種的內(nèi)膜基因被鑒定和克隆，但針對內(nèi)膜NHXs的研究，大多仍圍繞模式植物擬南芥的AtNHX5和AtNHX6展開，其他植物中類似反向轉運體的亞細胞定位、功能等研究才初步開展。因此，其他植物的內(nèi)膜NHXs的研究有待進一步深入。這將對培育抗逆作物新品種及提高作物產(chǎn)量具有重要的意義。

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Progress in endosomal Na+,K+/H+antiporter in

Liguang Wang

Biotechnology Research Institute, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, Gansu, China

Important progress has been made in the interpretation of subcellular location, ion transport characteristics and biological functions of endosomal Na+,K+/H+antiporter in. The endosomal Na+,K+/H+antiporter contain two members, AtNHX5 and AtNHX6, whose amino acid sequence similarity is 78.7%. Studies have shown that AtNHX5 and AtNHX6 are functionally redundant, and they are all located in Golgi, trans-Golgi network (TGN), endoplasmic reticulum (ER) and prevacuolar compartment (PVC). AtNHX5 and AtNHX6 are critical for salt tolerance stress and the homeostasis of pH and K+. It has been reported that there are conservative acidic amino acid residues that can regulate their ion activity in the endosomal NHXs transmembrane domain, which plays a decisive role in their own functions. The results of the latest research indicate that endosomal NHXs affect vacuolar transport and protein storage, and participate in the growth of auxin-mediated development in.. In this paper, the progress of subcellular localization, ion transport, function and application of endosomal NHXs in.was summarized.

endosomal Na+,K+/H+antipoporter, subcellular localization, ion transport, vacuolar trafficking, protein storage

December 26, 2018;

March 14, 2019

Supported by: National Natural Science Foundation of China (Nos. 31660391, 31460350), Youth Foundation of Gansu Academy of Agricultural Sciences (No. 2016GAAS53), National Oil Industry System (No. GARS-17-SYZ-6).

Liguang Wang. Tel/Fax: +86-931-7612683; E-mail: wodepengyouwlg@163.com

國家自然科學基金 (Nos. 31660391, 31460350)，甘肅省農(nóng)業(yè)科學院中青年基金 (No. 2016GAAS53)，國家特色油料產(chǎn)業(yè)技術體系(No. CARS-17-SYZ-6) 資助。

2019-03-28

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20190327.1029.001.html

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(本文責編 陳宏宇)