盐生植物TsHKT1剪接变体互作复合体通过减少Na+吸收增强盐芥耐盐性的分子机制

本研究针对盐胁迫下植物离子稳态调控难题，揭示了盐芥TsHKT1基因通过选择性剪接(AS)产生6种变体，形成膜定位互作复合体调控Na+/K+转运的新机制。研究人员通过酵母异源表达、拟南芥遗传转化及电生理分析，发现TsHKT1;1-TsHKT1;2b/TsHKT1;3复合体能显著降低根细胞Na+内流，为作物耐盐育种提供新靶点。

　　

随着全球土壤盐渍化加剧，农作物产量面临严峻挑战。盐胁迫会破坏植物光合作用、代谢过程和离子平衡，其中钠离子(Na⁺)毒性是主要危害因素。盐芥(Thellungiella salsuginea)作为典型的盐生植物，能在350 mM NaCl的高盐环境中正常生长，其基因组虽与拟南芥高度同源，却展现出更强的环境适应能力。这种差异背后隐藏着怎样的分子奥秘？尤其值得注意的是，高亲和性钾转运体(HKT1)作为调控Na⁺/K⁺平衡的关键蛋白，在不同植物中表现出复杂的亚型分化和功能多样性，但其剪接变体在盐芥耐盐机制中的作用尚不明确。

新疆维吾尔自治区财政科技计划项目(2023A01)资助的研究团队针对这一科学问题展开深入研究。他们发现盐芥通过选择性剪接(Alternative Splicing, AS)产生多种HKT1变体，这些变体形成的蛋白互作复合体能有效降低细胞Na⁺吸收，相关成果发表在《Plant Science》上。研究人员采用Illumina HiSeq-7500平台进行全长cDNA测序，结合HISAT2比对分析盐胁迫下的AS事件；通过酵母异源表达系统评估各变体转运特性；利用拟南芥遗传转化和膜片钳技术验证变体互作对离子流的影响。

研究首先发现高盐(200 mM NaCl)诱导盐芥发生大规模AS事件，三个TsHKT1基因(TsHKT1;1、TsHKT1;2和TsHKT1;3)产生六种剪接变体。酵母表达实验显示TsHKT1;1、TsHKT1;2b和TsHKT1;3偏好转运Na⁺而K⁺吸收有限，但互作复合体表现出增强的K⁺转运能力。拟南芥遗传实验出现有趣现象：单独表达TsHKT1变体会导致盐敏感，而共表达TsHKT1;1-TsHKT1;2b或TsHKT1;1-TsHKT1;3则显著提高耐盐性。电生理分析揭示，这种耐盐性源于复合体介导的根细胞Na⁺内流减少，尤其在低K⁺高盐条件下效果显著。

研究证实盐芥通过AS产生新型TsHKT1互作复合体，其包含四个膜-孔-膜(MPM)结构域，以异源二聚体形式定位于根表皮细胞质膜。这种进化适应使盐芥能在基因组高度保守的前提下，通过转录后调控扩展蛋白功能多样性。与拟南芥AtHKT1;1主要参与木质部Na⁺再分配不同，盐芥TsHKT1复合体直接调控根细胞离子吸收，代表盐生植物特有的耐盐策略。该发现不仅阐明AS在植物逆境适应中的核心作用，还为作物耐盐遗传改良提供了新思路——通过设计特定转运体组合调控离子流动，可能比单一基因过表达更有效。未来研究可探索其他盐生植物是否具有类似机制，以及这些互作复合体的精确组装调控方式。