na+h+ 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白nhx1基因及其耐鹽機(jī)制的研究進(jìn)展

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1、液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及其耐鹽機(jī)制的研究進(jìn)展摘要：液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過液泡膜上的H+-ATPase和H+-PPiase建立的跨膜質(zhì)子梯度為驅(qū)動(dòng)力，將Na+運(yùn)入液泡區(qū)隔化，從而使細(xì)胞質(zhì)中的Na+保持在較低水平，也降低了細(xì)胞滲透勢(shì)避免了水分脅迫。分析Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白氨基酸序列的親水性圖譜包括N末端的跨膜區(qū)域和C末端的胞質(zhì)區(qū)域，前者對(duì)氨氯吡嗪脒（amiloride）及其衍生物敏感，是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)域，由9-12個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域組成，這段序列在其他植物NHX以及哺乳動(dòng)物NHE中均高度保守。后者大約由300個(gè)氨基酸組成，結(jié)構(gòu)域內(nèi)含

2、有多個(gè)蛋白激酶用位點(diǎn)，能夠與鈣調(diào)素（calmodulin）結(jié)合，參與多種信號(hào)反應(yīng)，是調(diào)節(jié)活性的區(qū)域。將NHX1基因?qū)肫渌参镎T導(dǎo)表達(dá)能顯著提高植物耐鹽性，也能互補(bǔ)酵母NHX1突變的表型，而AtNHX1基因在離子動(dòng)態(tài)平衡方面，細(xì)胞內(nèi)囊泡運(yùn)輸，蛋白質(zhì)定位以及其它細(xì)胞過程中也發(fā)揮作用。關(guān)鍵詞：液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白耐鹽性調(diào)控機(jī)理在干旱、半干旱地區(qū)，土壤表面鹽分積累造成土壤鹽堿化，嚴(yán)重影響農(nóng)作物產(chǎn)量。如何改善土壤理化因素，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，以及改善干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境，就成為鹽生植物研究的出發(fā)點(diǎn)。耐鹽植物抵御鹽害的途徑主要有三種：一是植物細(xì)

3、胞對(duì)離子的選擇性吸收限制Na+的進(jìn)入；二是將胞質(zhì)中的Na+排出；三是胞內(nèi)的Na+儲(chǔ)存在液泡中即Na+的區(qū)隔化【1】。Na+的外排和區(qū)隔化是目前研究的熱點(diǎn)，通過膜上的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白實(shí)現(xiàn)，其中存在于液泡膜上的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白就是將Na+儲(chǔ)存在液泡內(nèi)。利用液泡膜上的H+-ATPase和H+-PPiase建立的跨膜質(zhì)子梯度為驅(qū)動(dòng)力【2】,將Na+運(yùn)入液泡區(qū)隔化，從而使細(xì)胞質(zhì)中的Na+保持在較低水平，也降低了細(xì)胞滲透勢(shì)避免了水分脅迫。隨著分子生物學(xué)的研究深入，已經(jīng)從模式生物擬南芥、水稻以及鹽生植物鹽地堿蓬、刺槐、經(jīng)濟(jì)作物小麥、玉米等中克

4、隆出表達(dá)該蛋白的基因。本文旨在對(duì)NHX1基因結(jié)構(gòu)、耐鹽機(jī)制及目前研究進(jìn)展等方面作一綜述。一NHX基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1NHX分類植物胞內(nèi)NHX家族能分為兩類，分別用符號(hào)I和II表示。所有的NHXI類成員都定位于液泡膜上，并在胞內(nèi)形成一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)運(yùn)子分支。相對(duì)而言，II類的成員存在于植物內(nèi)膜囊泡上，同時(shí)也包括定位于動(dòng)物和細(xì)菌中多種內(nèi)體上的同源蛋白。在已知基因組全序列的擬南芥和水稻中，NHX基因家族的序列大小幾乎相同。擬南芥有6個(gè)NHX基因（AtNHX），水稻有5個(gè)NHX基因（OsNHX）。它們的分配方式相似，AtNHX1-4和OsNHX1-4構(gòu)成I類

5、,AtNHX5-6和OsNHX5構(gòu)成II類。擬南芥和水稻的I類組成員顯示出56.0-87.5%的相似性，而II類成員的相似性為78.7%，但是與I類的相似性只有21%-23%【3】。Zorb等【4】克隆了玉米(ZeamaysL.)NHX家族的六個(gè)成員ZmNHX1~6，其中，ZmNHX1，2，6屬于一個(gè)亞家族，與擬南芥AtNHX1，2同源性高，而ZmNHX3，4，5屬于另一個(gè)亞家族，與擬南芥AtNHX4~6同源性高。這六個(gè)成員具有器官和鹽處理特異性的表達(dá)模式。1.2分子特征：分析植物Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白氨基酸序列的親水性圖譜包括N末端的跨膜區(qū)

6、域和C末端的胞質(zhì)區(qū)域。前者對(duì)氨氯吡嗪脒（amiloride）及其衍生物敏感，是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)域，由9-12個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域組成。后者大約由300個(gè)氨基酸組成，結(jié)構(gòu)域內(nèi)含有多個(gè)蛋白激酶用位點(diǎn)，能夠與鈣調(diào)素（calmodulin）結(jié)合，參與多種信號(hào)反應(yīng)，是調(diào)節(jié)活性的區(qū)域【5】。Yamaguchi等【6】分析了AtNHX1的膜拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)，他們發(fā)現(xiàn)AtNHX1蛋白的整個(gè)結(jié)構(gòu)不同于人的Na+-H+交換蛋白NHE1和任何已知的其他Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。AtNHX1由9個(gè)跨膜區(qū)域和1個(gè)親水的C末端結(jié)構(gòu)域組成，其中3個(gè)推測(cè)的疏水跨膜區(qū)TM3、TM5、TM6看上去

7、與膜相連，實(shí)際上并沒有跨過液泡膜。他們的結(jié)果還表明，AtNHX1的N末端朝向胞質(zhì)，但幾乎整個(gè)C末端都位于液泡腔中。與其蛋白家族的其他基因相比，AtNHX1N末端很保守，對(duì)于Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性非常重要。AtNHX1的TM3區(qū)具有一個(gè)推測(cè)的氨氯吡嗪脒結(jié)合序列(FFIYLLPPI)，這段序列在其他植物NHX以及哺乳動(dòng)物NHE中均高度保守，氨氯吡嗪脒與真核生物Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合后能抑制其轉(zhuǎn)運(yùn)活性。AtNHX1的TM5和TM6與人NHE中高度保守的TM6和TM7相對(duì)應(yīng)，TM6和TM7對(duì)NHE1的轉(zhuǎn)運(yùn)活性很重要，但AtNHX1的TM5

8、和TM6區(qū)不跨膜，所以很難說它們對(duì)于AtNHX1的轉(zhuǎn)運(yùn)活性起重要作用。另外，AtNHX1的TM3與TM5、TM6可能分別構(gòu)成了胞質(zhì)和液泡中結(jié)合離子的結(jié)