HKT1家族鈉轉運蛋白中的反轉錄轉座子引起玉米葉片Na +排斥和耐鹽性的變化

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本文2017年11月15日發表於New Phytologist，由中國農業大學生物學院蔣才富團隊完成。第一作者為博士生張鳴，曹一博，王志平和王志強

原文題目：A retrotransposon in an HKT1 family sodium transporter causes variation of leaf Na+ exclusion and salt tolerance in maize

概要：

土壤鹽度是限制全球玉米生產力的幾個主要的非生物脅迫之一。提高對耐鹽機制的認識，將會促進耐鹽玉米的育種及提高其生產力。以前的研究表明，維持葉片Na+濃度對玉米耐鹽性至關重要，以前的研究已將葉片Na+排斥的差異與玉米品種之間耐鹽性的變化相聯繫。

這裡，我們鑒定並分析了一個玉米QLT 的功能。ZmNC1編碼HKT型轉運體（命名為ZmHKT1）

研究顯示，含有逆轉錄轉座子插入的天然ZmHKT1功能喪失的突變體使葉片中Na+的積累增加，並表現為對鹽的超敏感性。ZmHKT1編碼一個質膜定位的Na+選擇性轉運蛋白，並且優先在根中柱（包括木質部導管周圍的薄壁細胞）中表達。ZmHKT1功能的喪失增加了木質部液體中Na+濃度，並導致增加了根部至莖部的Na+的輸送，表明ZmHKT1通過從木質部液體中提取Na+促進葉中Na+的排出及其耐鹽性。

我們得出這樣的結論：ZmHKT1是一個重要的耐鹽性QTL，並且鑒定了一個在改良玉米耐鹽性育種中一個重要的新的基因靶標。

結果：

1，玉米耐鹽變異與葉Na+：K+動態平衡的自然變化有關

2，ZmNC1是調控鹽漬土壤上生長的玉米植株葉片Na+含量的主效QTL

3，ZmNC1編碼HKT型離子轉運蛋白

4，Chang7-2葉片中Na+積累和對鹽的超敏感性與LTR/Gypsy的插入有關

5，ZmHKT1中的LTR/Gypsy的插入與增加天然玉米群體葉中Na+的積累有關

6，ZmHKT1是Na+優先的離子轉運蛋白

7，ZmHKT1通過從木質部汁液中提取Na+促進了葉中Na+離子的排出

名詞學習：
Retrotransposon：反轉錄轉座子
詳細解釋：
在其轉座過程中，有反轉錄病毒狀的反轉錄過程，如酵母Ty1,果蠅copia，就可能是反轉錄轉座子。

反轉錄轉座子(retrotransposon或retroposon)指通過RNA為中介，反轉錄成DNA後進行轉座的可動元件。這樣的轉座過程稱為反轉座作用(retrotrans—position)。反轉座作用出現在真核生物，包括能自由地感染宿主細胞的反轉錄病毒，以及通過以RNA為中介進行轉座的DNA序列。除反轉錄病毒外，反轉錄轉座子可以分成兩類：一類是病毒超家族(viral superfamily)，這類反轉錄轉座子編碼反轉錄酶或整合酶(integrases)，能自主地進行轉錄，其轉座的機制同反轉錄病毒相似，但不能像反轉錄病毒那樣以獨立感染的方式進行傳播；另一類是非病毒超家族(nonviral superfamily)，自身沒有轉座酶或整合酶的編碼能力，而在細胞內已有的酶系統作用下進行轉座。病毒超家族同非病毒超家族都來源於細胞內的轉錄物，兩者的明顯區別在於病毒超家族成員的DNA分子兩端有長末端重複序列(10ng terminal repeats，LTR)，這是反轉錄病毒DNA基因組的特徵性結構，非病毒超家族的成員沒有LTR結構。同時，病毒超家族成員都能編碼產生轉座酶或整合酶，或者二者兼而有之，所以能自主地進行轉座。非病毒超家族成員不產生有生物學活性的酶，因此不能進行自主轉座。但所有反轉錄轉座子都有一個共同的特點，即在其插入位點上產生短的正向重複序列。