水稻AP2/ERF转录因子KTR1/KTR2通过调控OsHAK1介导钾铯吸收平衡的分子机制

本研究揭示了水稻中AP2/ERF家族转录因子KTR1/KTR2通过调控高亲和性钾转运蛋白(OsHAK1)表达，动态平衡K+营养吸收与Cs+毒害规避的创新机制。研究人员发现低钾条件下KTR1抑制而KTR2激活OsHAK1表达，双突变体实验证实KTR2通过调控KTR1形成级联调控网络，田间试验表明KTR2天然启动子驱动表达可同步提升籽粒产量与K+吸收效率，为作物营养强化与重金属防控提供新靶点。

　　

在水稻(Oryza sativa)中，第一族碱金属钾(K)和铯(Cs)分别扮演着必需营养素与环境毒物的双重角色。高亲和性钾转运蛋白(HAK)家族成员OsHAK1虽已知参与K⁺和Cs⁺的吸收，但其调控机制始终成谜。最新研究发现两个APETALA2/乙烯响应因子(AP2/ERF)家族转录因子——被命名为钾转运调节因子KTR1和KTR2，如同分子开关般精细调控这一过程。

有趣的是，低钾环境会触发"此消彼长"的调控模式：KTR1表达受抑制，而KTR2被强烈诱导。这两个因子对OsHAK1呈现"阴阳调控"效应——KTR1抑制而KTR2激活其表达。基因敲除实验证实，缺失KTR1会增强K⁺/Cs⁺吸收，而缺失KTR2则产生相反效果。更精妙的是，KTR2还能激活KTR1表达，形成自我调节回路。单敲除KTR2对水稻生长和产量的影响竟与双敲除突变体相当，揭示KTR2在调控网络中占据主导地位。

通过构建系列遗传材料，研究者发现无论是以KTR1突变体为背景敲除OsHAK1，还是在KTR2过表达株系中失活OsHAK1，都能将Cs⁺含量降至oshak1突变体水平，证实OsHAK1是KTR1/KTR2调控的终极效应器。田间试验显示，利用KTR2自身启动子增强其表达，可实现"鱼与熊掌兼得"——既提高籽粒产量又促进K⁺吸收。对自然水稻种质的分析则发现，籽粒K⁺含量差异与土壤K⁺水平密切相关，且不同KTR1/KTR2/OsHAK1单倍型组合呈现显著适应性分化。

这项研究首次阐明AP2/ERF转录因子通过调控OsHAK1表达来平衡K⁺营养吸收与Cs⁺毒害防御的分子机制，为培育适应低钾土壤且低铯积累的水稻品种提供了理论依据和分子模块。