TOR信號通路通過CIPK23調(diào)控馬鈴薯和擬南芥的鉀離子吸收和生長.pdf

1、鉀離子是植物生長所必需的營養(yǎng)元素之一,參與到多種生理過程中，包括滲透調(diào)節(jié)，糖類的協(xié)同運輸以及光合作用等。TOR是在真核生物中進化上保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于PI3K蛋白激酶家族，可以響應能量、營養(yǎng)等信號調(diào)控細胞的生長發(fā)育，TOR激酶功能缺失時，導致植物葉片發(fā)黃，同時伴隨有光合效率下降以及葉綠素降解。TOR信號通路是否通過調(diào)控鉀素營養(yǎng)的吸收代謝從影響植物的光合作用、葉綠素生物合成等還未見報道，因此在本研究中通過藥理學和遺傳學試驗研

2、究了TOR信號通路與鉀離子吸收的關系，得出以下四點結論：
　　1)在低鉀培養(yǎng)基上，馬鈴薯外植體迅速地變黃且不能正常完成根系再生過程；這種表型與在培養(yǎng)基中加入TOR抑制劑(KU、AZD)后植物的表型相似，均出現(xiàn)黃化的表型。同時通過鉀離子吸收實驗，測定了在TOR抑制時馬鈴薯對于鉀離子的吸收能力，結果顯示TOR的二代抑制劑能夠明顯抑制馬鈴薯中鉀離子的吸收。
　　2)本研究發(fā)現(xiàn)擬南芥低鉀敏感型突變體cbl1cbl9，lks1-2，l

3、ks1-3以及akt1均對TOR抑制劑表現(xiàn)出敏感性。TOR抑制劑可以有效抑制野生型擬南芥和突變體的生長，這種抑制作用在突變體植株中表現(xiàn)尤為明顯。測定鉀離子濃度后發(fā)現(xiàn)， TOR抑制劑可以顯著下調(diào)擬南芥對于鉀離子的吸收；然而對比發(fā)現(xiàn)在鉀離子吸收方面，TOR抑制劑對于野生型擬南芥植株的影響比突變體植株要更顯著。
　　3)本研究擬南芥中擴增了AtCBL9，AtCIPK23，AtAKT1基因，構建了攜帶GFP標簽的過表達載體，將此載體在擬南

4、芥轉基因植株BP12-2（雷帕霉素敏感的擬南芥轉基因材料）中過表達，獲得了AtCBL9-GFP/BP12，AtCIPK23-GFP/BP12以及 AtAKT1-GFP/BP12過表達株系。通過雷帕霉素敏感性試驗確定了 TOR與AtCBL9， AtCIPK23， AtAKT1之間的關系。發(fā)現(xiàn)在雷帕霉素處理下AtCIPK23-GFP/BP12過表達株系的生長情況要優(yōu)于擬南芥BP12-2株系。在雷帕霉素和KU雙抑制處理下，AtCIPK23-G

5、FP/BP12過表達株系可以繼續(xù)生長，而擬南芥 BP12-2株系則表現(xiàn)為葉片發(fā)黃，停止生長。通過鉀離子濃度測定及葉綠素含量測定試驗發(fā)現(xiàn)，在TOR抑制劑處理下，與BP12-2相比，過表達AtCIPK23基因可以提高植株對于鉀離子的吸收和葉綠素含量，這些結果表明 CIPK23可能在TOR信號通路影響鉀素吸收過程中具有重要的作用。
　　4)在馬鈴薯基因組中，通過序列比對，發(fā)現(xiàn)存在AtCBL1，AtCIPK23以及AtAKT1的同源基因；

6、同時通過 qPCR試驗確定了基因在馬鈴薯中的表達模式為組成性表達。擴增了馬鈴薯中StCIPK23基因，并構建了馬鈴薯StCIPK23-GFP過表達株系；通過試驗發(fā)現(xiàn)在幼苗生長中StCIPK23過表達株系對于TOR抑制劑具有抗性。這些數(shù)據(jù)表明馬鈴薯中CBL1-CIPK23-AKT1信號通路同樣參與植物對低鉀環(huán)境的響應。
　　綜合這些結果表明 TOR信號通路可能通過調(diào)控 CIPK23的功能來調(diào)節(jié)植物鉀離子的吸收。之前以及最近的研究都表