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Plant Physiology|浙江大学金崇伟教授团队研究揭示硝酸盐转运体促进K+ 的吸收和分配的分子机制

钾是植物生长发育的必需元素,在农业生产中有助于决定作物的产量和品质。然而,大多数土壤中可溶性钾离子的浓度相对较低,这往往限制了植物的生长。尽管向农田施用大量钾肥可以提高作物的产量,但只有大约一半的施用肥料可供植物使用,而剩余的肥料在土壤中积累为残留物,从而导致环境污染。因此,为了提高植物对钾离子的利用效率,迫切需要更全面地了解钾离子转运和调节的分子机制。

 

近日,Plant Physiology 杂志在线发表了来自浙江大学金崇伟教授团队的题为“The K+ and NO3- interaction mediated by NITRATE TRANSPORTER 1.1 ensures better plant growth under K+ -limiting conditions” 的研究论文。该文章研究揭示了硝酸盐转运体NRT1.1与根表皮-皮层和根部中央维管中K+ 通道/转运体的相互协调,促进K+ 吸收和分配的分子机制。

拟南芥中NRT1.1 对低K+ 胁迫作出响应的示意图



NRT1.1改善植物的钾营养,钾限制条件刺激根中NRT1.1 1的活性

研究人员为了确定NRT1.1赋予在含有足量NO3-的生长培养基上培养的植物对钾缺乏的耐受性的机制。对足量和低钾离子处理的反应,发现nrt1.1-1、chl1-5和chl1-6突变体的钾离子水平明显低于对照相应的野生型植物,表明缺乏NRT1.1活性扰乱了植物的钾营养。然而,当植物在含有低NO3- (0.2毫米)的培养基中生长时,我们检测到个NRT 1.1-空突变体和野生型植物在充足和低钾+处理中的生长或钾+水平没有显著差异。因此,这些结果表明NRT1.1在改善植物钾营养中的作用依赖于NO3-的充足供应。

拟南芥需要NRT1.1来维持K+营养

拟南芥需要NRT1.1来维持K+营养


钾离子的吸收和根冠分配都需要NRT1.1的协调

研究人员对分布在植物的根和芽中的钾离子比例的测定显示,当生长在低钾离子培养基上时,nrt1.1-1和chl1-5突变体的特征在于分布在芽中的钾离子比例低193%,但与Col-0植物相比,分布在根中的比例高。相比之下,当在足量的钾离子培养基上生长时,我们检测到在Col-0植物和nrt1.1敲除突变体的芽和根中分布的钾离子的比例没有显著差异。基于这些观察,我们可以推断尽管只是在钾离子限制的条件下,NRT1.1在钾离子的根冠分配中也起着明显的作用。

拟南芥钾离子的吸收和根冠分配都需要NRT1.1

 

 

钾离子和NO3-是大多数陆生植物根系吸收的钾和氮的主要形式。在这项研究中,研究人员观察到拟南芥中NO3-和K+之间的密切关系是由硝酸盐转运蛋白1.1 (NRT1.1)介导的。nrt1.1敲除突变体表现出K+ 吸收和根冠分配受到干扰,并以在K+限制条件下生长停滞为特征。通过分别使用硫酸盐转运体1;2 和PHOSPHATE1 启动子在根表皮-皮层和中央维管 中表达NRT1.1,这些突变体的K+ 吸收和根到茎的分配得到部分恢复。基于nrt1.1-  1/K+转运蛋白1、nrt 1.1-1/高亲和力K+转运蛋白5-3、nrt1.1-1/K+吸收通透酶7和nrt1.1- 1/stelar K+外向整流蛋白2双突变体和相应的单突变体和野生型植物中的K+含量的双向方差分析揭示了nrt1.1和位于根表皮-皮层和中央脉管系统中的K+通道/转运蛋白之间的生理相互作用。进一步的研究表明,这些钾离子吸收相关的相互作用依赖于与由NRT1.1介导的H+/NO3-共转运相关的H+消耗机制。

拟南芥钾离子的吸收和根冠分配都需要NRT1.1

拟南芥中NRT1.1 对低K胁迫作出响应的示意图


总之,这些数据表明,NRT1.1在根表皮-皮层和中央脉管系统中的表达模式分别与钾离子通道/转运蛋白协调以改善钾离子吸收和根-茎分配,这反过来确保了在钾离子限制条件下更好的生长。

 

文献链接; http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/10/22/pp.20.01229

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Plant Physiology|浙江大学金崇伟教授团队研究揭示硝酸盐转运体促进K+ 的吸收和分配的分子机制
钾是植物生长发育的必需元素,在农业生产中有助于决定作物的产量和品质。然而,大多数土壤中可溶性钾离子的浓度相对较低,这往往限制了植物的生长。尽管向农田施用大量钾肥可以提高作物的产量,但只有大约一半的施用肥料可供植物使用,而剩余的肥料在土壤中积累为残留物,从而导致环境污染。因此,为了提高植物对钾离子的利用效率,迫切需要更全面地了解钾离子转运和调节的分子机制。
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