Na+H+ 转运蛋白NHX1基因及其耐盐机制的研究进展.doc

液泡膜Na+/H+ 逆向转运蛋白及其耐盐机制的研究进展 摘要：液泡膜Na+/H+ 逆向转运蛋白通过液泡膜上的H+-ATPase和H+-PPiase建立的跨膜质子梯度为驱动力，将Na+运入液泡区隔化，从而使细胞质中的Na+保持在较低水平，也降低了细胞渗透势避免了水分胁迫。分析Na+/H+逆向转运蛋白氨基酸序列的亲水性图谱包括N末端的跨膜区域和C末端的胞质区域，前者对氨氯吡嗪脒（amiloride）及其衍生物敏感，是负责转运的区域，由9-12个跨膜结构域组成，这段序列在其他植物 NHX以及哺乳动物NHE中均高度保守Na+/H+ 逆向转运蛋白 耐盐性 调控机理 在干旱、半干旱地区，土壤表面盐分积累造成土壤盐碱化，严重影响农作物产量。如何改善土壤理化因素，增加农作物产量，以及改善干旱、半干旱地区生态环境，就成为盐生植物研究的出发点。耐盐植物抵御盐害的途径主要有三种：一是植物细胞对离子的选择性吸收限制Na+的进入；二是将胞质中的Na+排出；三是胞内的Na+储存在液泡中即Na+的区隔化【1】。Na+的外排和区隔化是目前研究的热点，通过膜上的Na+/H+ 逆向转运蛋白实现，其中存在于液泡膜上的Na+/H+ 逆向转运蛋白就是将Na+储存在液泡内。利用液泡膜上的H+-ATPase和H+-PPiase建立的跨膜质子梯度为驱动力【2】,将Na+运入液泡区隔化，从而使细胞质中的Na+保持在较低水平，也降低了细胞渗透势避免了水分胁迫。随着分子生物学的研究深入，已经从模式生物拟南芥、水稻以及盐生植物盐地碱蓬、刺槐、经济作物小麦、玉米等中克隆出表达该蛋白的基因。本文旨在对NHX1基因结构、耐盐机制及目前研究进展等方面作一综述。 一 NHX基因结构特点 1.1 NHX分类 植物胞内NHX家族能分为两类，分别用符号I和II表示。所有的NHX I类成员都定位于液泡膜上，并在胞内形成一个独立的转运子分支。相对而言，II类的成员存在于植物内膜囊泡上，同时也包括定位于动物和细菌中多种内体上的同源蛋白。在已知基因组全序列的拟南芥和水稻中，NHX基因家族的序列大小几乎相同。拟南芥有6个NHX基因（AtNHX），水稻有5个NHX基因（OsNHX）。它们的分配方式相似，AtNHX1-4和OsNHX1-4构成I类,AtNHX5-6和OsNHX5构成II类。拟南芥和水稻的I类组成员显示出56.0-87.5%的相似性，而II类成员的相似性为78.7%，但是与I类的相似性只有21%-23%【3】。Zorb 等【4】克隆了玉米(Zea mays L.)NHX家族的六个成员ZmNHX1~6，其中，ZmNHX1，2，6 属于一个亚家族，与拟南芥AtNHX1，2 同源性高，而ZmNHX3，4，5 属于另一个亚家族，与拟南芥AtNHX4~6 同源性高。这六个成员具有器官和盐处理特异性的表达模式。 1.2分子特征：分析植物Na+/H+逆向转运蛋白氨基酸序列的亲水性图谱包括N末端的跨膜区域和C末端的胞质区域。前者对氨氯吡嗪脒（amiloride）及其衍生物敏感，是负责转运的区域，由9-12个跨膜结构域组成。后者大约由300个氨基酸组成，结构域内含有多个蛋白激酶用位点，能够与钙调素（calmodulin）结合，参与多种信号反应，是调节活性的区域【5】。Yamaguchi 等分析了 AtNHX1 的膜拓扑学结构，他们发现 AtNHX1 蛋白的整个结构不同于人的Na+-H+交换蛋白NHE1和任何已知的其他Na+/H+逆向转运蛋白。AtNHX1 由 9 个跨膜区域和 1 个亲水的C末端结构域组成，其中3个推测的疏水跨膜区TM3、TM5、TM6 看上去与膜相连，实际上并没有跨过液泡膜。他们的结果还表明，AtNHX1 的 N 末端朝向胞质，但几乎整个 C 末端都位于液泡腔中。与其蛋白家族的其他基因相比，AtNHX1 N 末端很保守，对于 Na+/H+逆向转运蛋白的活性非常重要。AtNHX1的TM3区具有一个推测的氨氯吡嗪脒结合序列(FFIYLLPPI)，这段序列在其他植物 NHX以及哺乳动物NHE中均高度保守，氨氯吡嗪脒与真核生物Na+/H+逆向转运蛋白结合后能抑制其转运活性。AtNHX1 的 TM5 和 TM6 与人 NHE 中高度保守的 TM6 和 TM7 相对应，TM6 和 TM7 对 NHE1的转运活性很重要，但 AtNHX1 的 TM5 和 TM6 区不跨膜，所以很难说它们对于 AtNHX1 的转运活性起重要作用。另外，AtNHX1 的 TM3 与 TM5、TM6 可能分别构成了胞质和液泡中结合离子的结构，它们的方向决定离子运动的方向Rajagopal等 【7】 对珍珠栗PgNHX1与AtNHX1、OsNHX1做了比较，后者含有9个跨膜结构域，而PgNHX1为5个跨膜结构域包括一个钙