新疆生地所在藜麦和菠菜耐盐性差异机制研究中获进展

土壤盐渍化是全球性问题，也是全球粮食安全的主要威胁。据报道，对低水平盐胁迫的响应会改善植物生长。这表明暴露在高水平盐胁迫之前，低水平胁迫可能会激活防御系统。关键是植物能够在不影响活性氧（ROS）信号传导的情况下调节氧化还原平衡，并保持细胞质离子稳态。钾（K⁺）参与植物的许多生理过程，在植物生长和发育中扮演关键角色。然而，在盐胁迫适应过程中，K⁺维持和离子稳态的作用尚知之甚少。

针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所田长彦研究员团队，比较了耐盐植物藜麦和非耐盐植物菠菜之间叶肉细胞中K⁺维持的生理机制。表型数据显示，在100-500 mmol L^-1 NaCl下，藜麦表现优于菠菜。导致盐分敏感性的主要差异是叶肉细胞中^K+吸收的差异。电生理和分子实验揭示，藜麦叶肉细胞K⁺保持能力是由三种互补机制赋予的：（i）藜麦中固有较低的H⁺-ATP酶活性（可能作为一种节能策略）；（ii）K⁺转运蛋白对ROS的敏感性降低；和（iii）ROS诱导的钙通透通道对ROS的敏感性增加。此外，还进一步检验了藜麦和菠菜对NaCl适应后K⁺运输系统对ROS的敏感性。在适应后的叶肉细胞中，影响K⁺维持的关键因素与钾离子通道GORK、钾转运蛋白AKT1和HAK5对额外NaCl和ROS压力的敏感性和基因表达降低有关，同时还上调了ROS清除系统。综上所述，两种植物的耐盐性差异不是由它们叶片排Na⁺能力所决定，而是和组织特异性和ROS特异性调控导致的K⁺维持有关。

文章以Understanding mechanisms for differential salinity tissue tolerance between quinoa and spinach: zooming on ROS-inducible ion channels为题，发表在The Crop Journal上。中国科学院新疆生态与地理研究所Mohsin Tanveer副研究员为论文第一作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cj.2024.03.001

图1.  NaCl对藜麦和菠菜叶肉（A）K⁺和（B）H⁺的瞬时净流量的影响以及对叶肉的（C）K⁺和（D）H⁺的稳态净流量的影响