AtSSM1介导的活性氧信号调控盐胁迫下拟南芥钾钠离子平衡机制研究

活性氧（ROS）在植物应答盐胁迫反应中发挥重要作用，但其作为信号分子调控盐胁迫下钾钠离子平衡的分子机制目前尚不清楚。我们通过筛选拟南芥T-DNA插入突变体，获得一个盐敏感突变株atssm1，初步分析表明，AtSSM1负责产生ROS,后者作为信号调节盐胁迫下植物的钾钠离子平衡。本项目拟以拟南芥atssm1、转基因植物以及其它相关基因突变体为材料，一方面通过分析盐胁迫下植物根和地上部细胞中ROS水平、K+和Na+含量、Ca2+水平、质膜H+-ATP酶活性以及根细胞质膜钾钠离子通道活性等的变化差异，阐明AtSSM1介导的ROS信号调节细胞钾钠离子平衡的过程、分子机制以及与Ca2+信号的作用机制；另一方面通过研究盐胁迫下AtSSM1对AtHKT1;1、SOS1、NHX1及其他相关基因表达的影响，结合这些变化与H2O2、K+和Na+水平等变化的关系，揭示AtSSM1调控的下游目标和具体的调控机制。

盐是严重影响植物生长发育的重要环境因子。细胞钾钠离子平衡的破坏是盐伤害植物的主要机制，而有效维持胞质钾钠离子平衡（即维持高K+/Na+值）则是植物能够耐盐或抗盐的关键。但目前人们对盐胁迫下调控植物中钾钠离子平衡的分子机制了解很少。我们前期通过筛选，获得一个盐敏感突变株atssm1，AtSSM1负责产生活性氧（ROS），后者作为信号调节盐胁迫下钾钠离子平衡。研究证明，突变体atssm1为拟南芥NADPH氧化酶AtrbohD基因突变体，由于AtrbohD和AtrbohF在ABA诱导的气孔关闭中发挥重要作用，因此检测了AtrbohD和AtrbohF基因双突变体在盐胁迫下的表型，发现双突变体对盐胁迫更敏感，因此分别以这两个基因的单突变体atrbohD1、atrbohF1及两个双突变体atrbohD1/F1、atrbohD2/F2为材料研究了AtrbohD和AtrbohF在盐胁迫应答反应中的功能。研究发现，AtrbohD和AtrbohF基因缺失后，突变体中ROS的产生受到显著抑制。在野生型（WT）植物中，AtrbohD和AtrbohF基因的表达受盐胁迫强烈诱导。而且无论在MS培养基中还是在土壤中，AtrbohD和AtrbohF基因突变体都表现出对盐胁迫敏感的表型，双突变体的表型尤其显著。进一步实验证实atrbohD1/F1和atrbohD2/F2对盐胁迫敏感不是由于渗透胁迫和氧化胁迫导致的，而是由于细胞中钾钠离子不平衡引起的。研究证明，AtrbohD和AtrbohF产生的ROS调节拟南芥钾钠离子平衡。另外发现，无论是正常条件下还是盐胁迫条件下，AtrbohD和AtrbohF都参与调节植物的内向K+电流。利用转水母发光蛋白基因技术证明，AtrbohD和AtrbohF正调控拟南芥盐诱导的胞质Ca2+增加。此外，利用膜片钳技术检测了WT和atrbohD1/F1中钠诱导的内向Ca2+电流的变化，发现Na+诱导的质膜Ca2+内向电流的增加在atrbohD1/F1根中受到显著抑制。综上所述，这些结果说明AtrbohD和AtrbohF通过产生ROS，调节根内向K+电流的增加和Na+对内向Ca2+电流的激活，进而调节细胞钾钠离子平衡，从而提高了拟南芥的耐盐性。