钾离子（K+）是植物必需、含量最为丰富的阳离子，而钠离子（Na+）与K+通常相伴存在，是植物有益但也是导致盐碱毒害的主要离子。根系吸收的K+ 通过木质部转移到地上部，其中40-90%的K+又通过韧皮部从地上部回流到根部。K+ 伴随着糖和其他营养物质，调节光合产物从“源”到“库”的转运和籽粒产量。K+等无机离子和光合同化物被装载到源叶的收集韧皮部中，并在卸载韧皮部被释放。计算模型表明，K+在源叶韧皮部的装载需要依赖能量的消耗，但尚不清楚是哪种K+转运蛋白参与韧皮部中K+的循环利用。
近日，南京农业大学资环学院徐国华教授、余玲教授团队在Plant Physiology在线发表了题为Potassium transporter OsHAK18 mediates potassium and sodium circulation and sugar translocation in rice 的研究论文，阐明了钾转运蛋白OsHAK18在水稻体内钾、钠循环和糖分配转运中的功能。
该研究发现，OsHAK18在水稻韧皮部的伴随细胞和薄壁细胞中表达。OsHAK18突变和用自身启动子增强OsHAK18表达均不影响根系K+吸收速率，但其突变降低韧皮部汁液K+和可溶性糖的浓度及根部K+含量，增加地上部K+的相对积累量，而其增强表达则呈现相反的影响结果。与正常供K+相比，这些差异在低K+处理下尤为明显。在盐（NaCl）处理下，OsHAK18突变导致韧皮部汁液中的K+和Na+浓度降低，而超表达则导致其增加。用Rb+标记的分根试验结果也表明，OsHAK18能够同时促进Rb+（K+和Na+）从地上部向根部的转运。此外，增强OsHAK18表达可显著降低茎秆和叶片中的K+和可溶性糖浓度，增加分蘖数和籽粒产量及根与籽粒中K+的浓度，提高K+的生理利用效率。该研究首次证实水稻韧皮部K+装载与转运依赖于OsHAK18，研究结果不仅为深度解析植物K+循环的分子生理机制提供了新线索，同时也为水稻K+高效种质资源的选育提供了重要的候选基因。
资环学院博士生彭莉润为本文第一作者，余玲教授和徐国华教授为共同通讯作者。顾冕教授和已毕业的研究生肖火军，李冉，曾洋，以色列希伯来大学Nava Moran教授参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目资助。
全文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad435
日期：2023-10-08
