拟南芥液泡膜Na^+/H^+逆向转运蛋白的研究进展

拟南芥液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白是由AtNHX1基因编码的一个在盐胁迫中起重要作用的蛋白。本文综述了AtNHX1的基本结构、功能及作用机制,展望其作为有效植物耐盐基因的前景,并对拟南芥液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因家族其他成员的研究,也做了相应的概括。

液泡膜Na^+/H^+逆向转运蛋白研究进展

土壤盐渍化是造成全世界农作物减产的主要非生物胁迫因素之一,盐渍化土壤中过多的Na^+是使植物生长受到抑制的主要阳离子。植物细胞中的液泡膜Na^+/H^+逆向转运蛋白(NHX)是应对盐胁迫的一种重要离子转运蛋白,盐胁迫下NHX可以调控植物体内的离子稳态平衡及细胞内的pH,对提高植物耐盐性具有非常重要的作用。简要概述了近年来液泡膜Na^+/H^+逆向转运蛋白的亚细胞定位与结构特点、主要生理功能及其与植物耐盐性关系等方面的研究进展,以期为相关研究提供参考。

植物跨膜离子转运蛋白与其耐盐性关系研究进展

盐胁迫下植物吸收过多的N a+,使植物体内的离子平衡受到破坏,为了维持其正常生长细胞内的各种离子就必须保持平衡,而这一过程主要是由位于质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成的,并在植物耐盐性方面起关键作用。本文主要对响应盐胁迫的几种跨膜转运蛋白如:K+/N a+离子转运蛋白、N a+/H+逆向转运蛋白以及与其相关的H+-ATPase等,在植物耐盐分子生物学方面的研究进展进行综述。

跨膜离子转运蛋白与植物耐盐的分子生物学

植物抵御盐害的主要方式是增加Na+的外排、减少Na+的吸入和Na+的区隔化,而Na+的跨膜运输主要由质膜和液泡膜上的离子转运蛋白完成。对质膜和液泡膜跨膜离子转运蛋白包括K+/Na+离子转运蛋白,Na+/H+逆向转运蛋白以及液泡膜H+-PPase的分子生物学研究及应用进展进行了综述。

脂多糖对肺动脉内皮细胞Ⅰ型Na^+/H^+交换器表达的影响

目的 :探讨脂多糖 ( LPS)对培养的牛肺动脉内皮细胞 ( PAEC) 型 Na+ /H+交换器 ( NHE-1)表达的影响及其与内皮细胞死亡的关系。方法 :体外培养牛 PAEC,MTT比色检测细胞存活率 ,并提取总 RNA,应用反转录聚合酶链式反应 ( RT-PCR)及 DNA电泳技术 ,以 NHE-1与β-actin电泳条带光密度值之比 ( e/c)作数据分析 ,以其比值反映 NHE-1m RNA的表达程度。应用 Fluo3 /Amy荧光探针标记 ,激光共聚焦观察细胞内钙离子的浓度。结果 :在L PS( 0 .0 1～ 1.0 μg/ml)作用 48h后 ,MTT比色吸光度值分别为 0 .3 5± 0 .0 7,0 .3 1± 0 .0 7,0 .2 6± 0 .0 4,低于对照组 0 .44± 0 .0 6( P<0 .0 1)。e/c分别为 0 .43± 0 .11,0 .83± 0 .14 ,1.2 2± 0 .19,高于对照组 0 .2 8± 0 .0 8( P<0 .0 1,n=4)。激光共聚焦结果显示 L PS引起细胞内钙离子增多 ,呈剂量依赖型。结论 :LPS可以引起肺动脉内皮细胞NHE-1表达增加 ,抑制细胞增殖 ,导致细胞死亡 ,钙离子可能参与 NHE-1的激活及表达。

碱金属、铵离子和烷基胺在磺酸型阳离子交换树脂柱上以有机酸和无机酸为淋洗液的保留行为

系统研究了碱金属、铵离子和烷基胺在磺酸型阳离子交换树脂柱上以有机酸和无机酸为淋洗液的保留行为.比较了草酸、柠檬酸、酒石酸三种有机酸在洗脱碱金属、铵离子和烷基胺时的差异,研究了有机酸和无机酸浓度对离子保留值的影响.在磺酸型阳离子交换树脂柱上,以有机酸或无机酸为淋洗液均可以同时分离碱金属离子(Li+、Na+、K+ )、铵离子和烷基胺(甲胺、乙胺、正丙胺).淋洗液中起淋洗作用的阳离子是H+.溶质阳离子容量因子对数值与淋洗液中淋洗剂阳离子H+浓度对数值之间具有良好的线性关系,直线斜率近似为-1,与文献中溶质保留值方程完全相符.碱金属、铵离子和烷基胺的保留行为符合离子交换机理.随着淋洗液浓度的增加,溶质保留值减小,但溶质的洗脱顺序不变.

异源表达一个大豆Na^＋/H^＋逆向转运蛋白基因GmNHX2提高拟南芥的耐盐性

Na+/H+逆向转运蛋白调节细胞内的离子内平衡,在植物耐盐性起重要的作用.本研究克隆一个大豆Na+/H+逆向转运蛋白的同源基因GmNHX2,编码一条长534氨基酸的多肽并预测有10个可能的跨膜结构域.GmNHX2在大豆的根、茎和叶中表达,但在根中的丰度最高,受NaCl和PEG(polyethylene glycol)处理的诱导表达.GmNHX2与LeNHX2和AtNHX2的序列相似性高于AtNHX1和AtSOS1.尽管系统发育分析将GmNHX2与细胞器(液泡和囊泡)逆向转运蛋白聚成一类,但亚细胞定位的结果表明GmNHX2-EGFP(enhanced green flurescent protein)融合蛋白可能位于植物细胞的质膜或细胞器膜上.与野生型植株相比,异源表达GmNHX2的拟南芥植株在萌发和幼苗期都更加耐高浓度的NaCl.这些结果暗示,GmNHX2是一个Na+/H+逆向转运蛋白同源物,可能在盐胁迫下执行调节离子内平衡的功能.

植物钾吸收的分子水平研究

本文从钾离子通道、高亲和力K+ 转运体和H+ -ATP酶等 3方面综述了K+ 营养的分子生物学、生理生化等的研究结果。植物钾吸收与这 3类转运蛋白的关系极为密切。主要论述K+ 转运体和K+ 通道及其介导高低亲和力钾吸收方面的作用 ,以及 3类转运蛋白的调节 ,蛋白的表达 ,调节影响K+

酸中毒致大鼠离体冠状动脉收缩的机制

目的:探讨细胞外酸中毒(pH_(ex)6.8)致大鼠离体冠状动脉(RCA)收缩的机制。方法:采用离体微血管张力法,通过观察Na^+-H^+交换体1(NHE-1)选择性抑制剂cariporide(HOE-642)或Na^+-HCO_3^-共同转运体(NBC)抑制剂S0859预孵对pH_(ex)6.8所致RCA收缩的影响,探讨酸碱转运体在酸中毒收缩RCA中的作用;通过观察氯通道抑制剂NPPB和尼氟酸(NFA)预孵及细胞外去除氯离子对pH_(ex)6.8所致RCA收缩的影响,探讨氯离子通道在酸中毒收缩RCA中的作用。结果:pH_(ex)6.8引起RCA静息张力升高,最大张力为(3.90±0.95)mN。30μmol/L HOE-642和100μmol/L S0859均抑制pH_(ex)6.8引起的RCA收缩(P<0.01)。NPPB和NFA均呈浓度依赖性地抑制pH_(ex)6.8引起的RCA收缩和KCl(60 mmol/L)引起的收缩。100μmol/L的NPPB和NFA均抑制U46619(1μmol/L)引起的RCA收缩(P<0.01)。等摩尔NaBr代替细胞外液中NaCl后,几乎完全抑制pH_(ex)6.8引起的RCA收缩(P<0.01),但是对KCl(60 mmol/L)或U46619(1μmol/L)引起的RCA收缩无显著影响。结论:细胞外液酸化所致的RCA收缩与激活NHE-1和NBC及促进氯离子跨细胞膜运动有关。

‘泡桐1201’幼苗对钠盐胁迫的生理响应

探讨‘泡桐1201’幼苗对盐胁迫的应答机制,为选育耐盐碱性作物,大力推广该树种提供科学依据。以30 d ‘泡桐1201’幼苗为材料,设置5组不同浓度梯度的盐胁迫处理,分析幼苗生理状况,通过测定幼苗的株高和主根长,植株根、茎、叶的鲜质量和干质量,叶片的叶绿素质量分数,叶和根的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)质量摩尔浓度、过氧化氢酶(CAT)活性以及根系Na^+、K^+、H^+和Ca^(2+)的流速等指标,分析其生理方面、抗氧化系统以及离子流方面对盐胁迫的响应。结果表明,随着盐胁迫浓度增加,‘泡桐1201’幼苗生长受到的抑制增强,根长、株高、鲜质量和干质量均逐渐下降,地上部和地下部生物量均呈下降趋势。SOD活性、POD活性和CAT活性均先升高后降低,SOD活性和CAT活性变化趋势一致,均在100 mmol·L^(-1)时达到最大值;叶绿素质量分数呈现逐渐减少趋势。随着盐胁迫浓度的增大,根系Na^+外排速率先增大后减小,在100 mmol·L^(-1)达到最大值,以此来维持植物细胞的离子平衡,降低盐胁迫对植物的危害。K^+流速均表现为外排,外排速率随着盐胁迫浓度增加而增大。H^+主要表现为内流,并且随着盐胁迫浓度的增加,内流速率先增加后减小。Ca^(2+)流速均表现为内流,并且随着盐胁迫浓度增大流速增大。盐胁迫导致‘泡桐1201’幼苗株高、主根长、根茎叶的干质量和鲜质量受到抑制;‘泡桐1201’幼苗在盐浓度为0～50 mmol·L^(-1)胁迫下能够正常生长,在200 mmol·L^(-1)甚至出现致死的情况。

盐响应信号途径SOS与植物K^+吸收关系

【目的】在盐胁迫条件下研究SOS突变体K+吸收的变化,旨在解析植物高盐胁迫响应与K+吸收的关系。【方法】以SOS信号途径的3个主要基因sos1、sos2、sos3突变体和野生型拟南芥(WT)为试验材料,在含有不同Na+/K+浓度比例的培养基上处理试验材料,观察各突变体与WT的表型差异,进行根系扫描、测定植物的RGR(相对生长率),植株体内Na+、K+的含量,计算植株体内Na+/K+浓度比值,同时,利用qRT-PCR分析K+转运体基因AKT1、AKT2、SKOR在突变体和WT间的表达差异。【结果】不同浓度K+进行处理时,突变体和WT之间没有明显差异;在30 mmol.L-1NaCl处理下,植株形态、RGR和体内Na+/K+浓度比值,体内K+浓度的测定结果显示,当K+浓度从0.2 mmol.L-1增加到60 mmol.L-1时,K+浓度增加缓解了高盐胁迫对突变体生长的抑制作用。所有植株体内的Na+/K+值降低,体内K+浓度提高。在相同处理条件下,突变体的Na+/K+值高于WT,WT体内K+浓度高于突变体;当K+浓度升高到80 mmol.L-1时,突变体的生长又重新受到抑制。所有植株体内的Na+/K+值升高,体内K+浓度降低。3个K+转运体AKT1、AKT2、SKOR的real-time PCR分析结果显示,在30 mmol.L-1NaCl处理时,在低钾条件下(0.2 mmol.L-1K+)AKT1和SKOR表达比较低,而高钾条件下(20.05 mmol.L-1K+或者60 mmol.L-1K+)AKT1、AKT2、SKOR的表达量没有明显差异,这3个基因的表达方式在突变体之间没有明显的差异。【结论】在中度盐胁迫条件下,外界K+浓度增加可以缓解盐胁迫对植物生长造成的抑制作用,但是当外界一价阳离子的总浓度高于110 mmol.L-1时,拟南芥的生长重新受到抑制。SOS信号途径对植物K+吸收没有直接的调节作用。

细胞外信号调节激酶及胞质磷脂酶A2α在血管紧张素Ⅱ调节肾近曲小管Na^＋-HCO3^-转运中的作用

目的探讨血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）在肾近曲小管Na^＋-HCO3^-转运中的作用及细胞外信号调节激酶（ERK）、胞质磷脂酶A2α（cPLA2α）通路对其调节的机制。方法从野生小鼠和血管紧张素1a型受体fATlaR）基因缺陷小鼠分离新鲜单根肾近曲小管，在不同浓度AngⅡ（10^-10、10^-8、10^-4mol／L）及AT1、AT2受体阻滞剂或促分裂原活化蛋门激酶（MAPK）、cPLA2、P450抑制剂存在下对比Na^＋-HCO3^-离子转运活动度变化。Western印迹方法测定ERK磷酸化（p-ERK）。RT—PCR测定ATlbR在两种小鼠肾小管中的表达。结果（1）在野生小鼠，低浓度AngⅡ（10^-10mol／L）刺激Na^＋-HCO3^-转运并被AT1受体阻滞剂及MAPK阻滞剂PD98059阻滞；而高浓度AngⅡ（10～mol／L）抑制Na^＋-HCO3^-；的转运，被AT1受体阻滞剂阻滞，但PD98059对其无阻滞作用。显示AngⅡ在。肾脏近曲小管双向性调节Na^＋-HCO3^-转运，ERK通路仅参与低浓度AngⅡ的刺激作用。（2）在AT1aR基因缺陷小鼠，只有高浓度AngⅡ（10^-6mol／L）能刺激Na^＋-HCO3^-转运，并被AT1受体阻滞剂及PD98059阻滞。显示在AT1aR缺乏时，AT1bR起到部分代偿作用，RT—PCR也证实AT1bR在肾小管的存在。（3）在野生小鼠，cPLA2阻滞剂或P450阻滞剂存在下，所有浓度AngⅡ均显示刺激作用，并被AT1受体阻滞剂及PD98059阻滞。WesteIn印迹检测也证实上述结论。这显示经由AT1受体，低浓度AngⅡ通过ERK通路仅参与刺激。肾近曲小管Na^＋-HCO3^-离子转运作用，而高浓度AngⅡ经cPLA2α—P450通路抑制Na^＋-HCO3^-离子转运，cPLA2α-P450通路同时也参与了抑制ERK的激活作用。结论不同浓度AngⅡ经由AT1受体介导了ERK和cPLA2α通路的平衡，从而决定AngⅡ调节在肾近曲小管水和钠的重吸收。

氨氯吡咪及其衍生物的研究进展

氨氯吡咪（amiloride，AM）是一种保钾排钠的利尿药，具有抑制Na^＋／H^＋交换（NHE）、Na^＋／K^＋交换、Na^＋／Ca^2＋交换通道（NCX）等作用。近年来，AM与NCX的关系、对心脏疾病的作用及作用机理成为研究的热点。许多研究表明，AM对心脏的正性肌力作用、负性收缩速率，以及对血管内皮素依赖的舒张性的影响就是因为它抑制NCX的作用。但AM对离子通道作用的非选择性及其作用的微弱性，并非理想的研究及临床选择药物，因此近年来对具有更特异性且作用更强大的AM衍牛物的研究得到了广泛关注。

沙枣幼苗根尖离子流对NaCl胁迫的响应

为了进一步从离子动态运输方面了解沙枣(Elaeagnus angustifolia)耐盐机制和揭示沙枣种源间的K^+/Na^+平衡调控差异,该研究利用非损伤微测技术(non-invasive micro-test technology,NMT)测定银川种源(盐敏感型)和阿拉尔种源(耐盐型)沙枣幼苗根系在3种不同NaCl处理方式下的离子流:1)在150 mmol·L–1 NaCl胁迫24 h后的Na^+和K^+离子流;2)NaCl瞬时处理后的K^+和H^+的动态离子流;3)先NaCl胁迫24 h,再用Na^+/H^+逆向转运体抑制剂阿米洛利(Amiloride)和K^+通道抑制剂氯化四乙胺(TEA)处理后的Na^+和K^+离子流。结果表明:NaCl胁迫24 h后,沙枣根系Na^+和K^+外排净流量显著增加,并且银川种源沙枣幼苗根系Na^+净流量显著低于阿拉尔种源,净流量分别为720和912 pmol·cm^(–2)·s^(–1),而K^+外流净流量显著高于阿拉尔种源。瞬时NaCl处理后,沙枣根系K^+的外流迅速增加,并且银川种源的K^+外排净流量始终高于阿拉尔种源,而H^+由内流转为外排,阿拉尔种源的H^+净外流量大于银川种源。NaCl和NaCl+Amiloride处理下,阿拉尔种源沙枣幼苗Na^+外流的净流量均大于银川种源,但K^+外流的净流量均小于银川种源,而在对照和NaCl+TEA处理下,Na^+和K^+的净流量在两个种源间无明显差异。研究证明NaCl胁迫造成根系Na^+积累和K^+外流,沙枣幼苗为减少Na^+积累,通过根系Na^+/H^+逆向转运体将Na^+从体内排出,并且耐盐型种源沙枣幼苗根系在NaCl胁迫时能更好地维持体内的K^+/Na^+平衡,其原因主要在于具有较强的Na^+外排能力和较弱的K^+流失。该研究可以为进一步发掘优良耐盐沙枣种质资源提供理论参考依据。

吡格列酮经PPARγ/ERK通路刺激胚胎成纤维细胞钠氢交换子的转运

目的研究吡格列酮对钠氢离子转运体(NHE1)的转运作用及传导通路,探讨噻唑烷二酮类药物引起水肿的机制。方法野生及PPARγ^(-/-)鼠胚胎成纤维细胞分为:对照组(DMEM培养液),ERK抑制剂(10μmol/L PD98059)组,PPARγ拮抗剂(5μmol/L GW9662)组,基因转录抑制剂(5μmol/LActiomycin D)组。测定各组细胞在0.3μmol/L吡格列酮灌注下NHE1的活性,Western blot法测定ERK磷酸化。结果吡格列酮增加野生鼠NHE1活性48.1%±3.1%,其作用被ERK抑制剂及PPARγ拮抗剂阻止,而不被基因转录抑制剂阻止;吡格列酮刺激野生鼠ERK磷酸化,对PPARγ^(-/-)鼠无此作用。结论吡格列酮经PPARγ/ERK通路,不依赖基因转录,刺激鼠胚胎成纤维细胞NHE1的转运,促进钠潴留。

PPAR-γ依赖性ERK磷酸化介导吡格列酮引起的钠和碳酸氢根在肾近曲小管的重吸收

目的噻唑烷二酮类药物是PPAR-γ的选择性配体,用于改善胰岛素抵抗,但因其可引起浮肿、钠潴留而使用受限。本研究探讨该类药物引起浮肿的机制及其传导通路。方法兔肾近曲小管在吡格列酮(0.03、0.3、3μmol/L)及PPAR-γ拮抗剂(5μmol/L GW9662)或MAPK抑制剂(10μmol/LPD98059)作用下,观察Na^+/HCO_3^-转运活动度及HCO_3~重1收率的变化,Western blot法测定ERK的磷酸化。结果 (1)0.3.mol/L吡格列酮刺激兔肾近曲小管Na^+和HCO_3^-的转运和重吸收,该刺激作用被MAPK抑制剂或PPAR-γ拮抗剂阻断。(2)0.3μmol/L吡格列酮引起ERK磷酸化,被MAPK抑制剂或PPAR-γ拮抗剂阻滞。结论在兔肾近曲小管,通过PPAR-γ依赖的ERK磷酸化介导吡格列酮引起的肾近曲小管Na^+和HCO_3^-的重吸收。