日本東北大學研究生院工學研究科的内山剛志（研究生）和石丸泰寬副教授、魚住信之教授等人組成的研究團隊與東北大學電子光理學研究中心、研究生院工學研究科量子能源工學專業、日本女子大學、環境科學技術研究所、理化學研究所、信州大學及岡山大學共同合作宣佈，已明確了擬南芥（Arabidopsis thaliana）的鈉離子轉運蛋白（AtHKT1）保存種形成時免受鹽害的作用機制。研究團隊發現，該轉運蛋白在雄蕊的篩管中表達，可防止對植物有害的鈉離子在雄蕊中積蓄。與相同條件下的普通植物體相比，在篩管中追加表達該轉運蛋白時，鹽脅迫下的產量出現增加。該成果有望應用於研究和開發耐鹽性強的植物。相關研究成果已於6月2日（當地時間）刊登在國際學術期刊《Science Advances》上。

圖1. 在雄蕊中發揮作用的鈉離子轉運蛋白（AtHKT1）（供圖：東北大學）
鈉離子轉運蛋白（AtHKT1）在雄蕊中表達（藍色部分）（左圖），鈉離子轉運蛋白（AtHKT1）不起作用的植物在含鹽環境中，鈉離子在雄蕊中積蓄的情況（藍色部分）（右圖）。

圖2. 鈉離子轉運蛋白（AtHKT1）與植物耐鹽性的關係圖（供圖：東北大學）
增加韌皮部鈉離子轉運蛋白（AtHKT1）表達量時，含鹽環境中鈉離子向地上部分的導管和篩管以外組織的擴散被抑制，且植物的成長相對於普通植物得到了強化。

圖3. 鈉離子轉運蛋白（AtHKT1）在植物中的表達和功能概念圖（供圖：東北大學）
AtHKT1將花的導管（雄蕊）的鈉離子轉運到篩管並運回根部。由此，防止在雄蕊中鈉離子的過度積蓄並保存種的形成。

鈉（Na）是人體必需的元素，但對植物有害，鹽害不僅會降低產量，還會導致沙質沙漠化。由於海水的侵蝕、過度施肥和地下水的噴灑等，世界上五分之一的農田正遭受鹽害的威脅。

此前，研究團隊在2000年發現了擬南芥的鈉離子轉運蛋白（AtHKT1），在分析其結構和功能的同時，證明該轉運蛋白在導管中發揮作用並與耐鹽性有關。

由於該轉運蛋白在根部表達較多，此前的研究都是以根部爲主體進行的，但本次研究團隊發現該轉運蛋白在花的篩管中也有表達。

對於使該轉運蛋白缺損的擬南芥（水耕），在花莖開始延伸後向培養液中添加鹽分，發現鈉離子在雄蕊中積蓄，雄蕊的延伸被抑制，從而降低了種產量。而普通擬南芥中沒有發生這種積累。據推測，該轉運蛋白透過篩管向根部轉運鈉離子並清除的程序中搭載鈉離子，防止鈉離子在雄蕊中積蓄。

此外，研究團隊還進行了在擬南芥篩管中獨特性追加表達該轉運蛋白，並在花莖開始延伸後階段性（30、50、75、100mM）向培養液中添加鹽分的實驗。

結果表明，與相同條件下的普通擬南芥相比，追加表達該轉運蛋白的擬南芥的種產量約增加了1.5倍，植物量約增加了2倍。在追加表達了該轉運蛋白的擬南芥中，鈉離子被保留在葉子和其他地上部分的導管和篩管周圍，鈉離子的擴散受到抑制。而普通的擬南芥中，鈉離子擴散到了整個葉子中。

該轉運蛋白也存在於其他植物中，作爲其祖先的轉運蛋白也存在於大腸桿菌、藍藻和酵母等微生物中。這表明繁殖下一代的重要部位——生殖器官（花蕾）對鹽的敏感性高於其他器官（如根），AtHKT1轉運蛋白在雄蕊中作爲防禦鹽脅迫的機制發揮作用，並負責緩解鹽危害。

魚住教授表示：「今後，我們將致力於闡明包括AtHKT1在内的離子轉運蛋白適應環境壓力的機制。」

原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部

【論文資訊】
雜誌：Science Advances
論文：The HKT1 Na+ transporter protects plant fertility by decreasing Na+ content in stamen filaments
DOI：10.1126/sciadv.adg5495