塩ストレス下でのカリウム保持とシロイヌナズナの塩分耐性の自然変異の関係

Potassium Retention under Salt Stress Is Associated with Natural Variation in Salinity Tolerance among Arabidopsis Accessions.

• Yanling Sun
• Xiangpei Kong
• Cuiling Li
• Yongxiu Liu
• Zhaojun Ding

抄録

植物はそのライフサイクルの中で、塩分、干ばつ、寒冷など様々な環境ストレスにさらされている。塩ストレスなどの多様な環境ストレスに対応するためには、自然変異を媒介とした植物の成長適応が有効なアプローチとして採用されてきた。しかし、その分子機構はよくわかっていない。本研究では、塩ストレス耐性の変異を明らかにすることを目的として、シロイヌナズナの82のアクセプター（エコタイプ）をスクリーニングした。その結果、Col-0よりも高いレベルの耐塩性を示したのは7つのアクセプターであった。その結果、塩ストレスにさらされた幼苗のK(+)含量は高く、Na(+)/K(+)比は低かったが、Na(+)含量はCol-0と同程度であった。K(+)トランスポーター遺伝子AtHAK5, AtCHX17, AtKUP1は、塩分ストレスがない場合でも、ほぼすべての耐性株で有意に発現が上昇していた。また、Na+関連トランスポーター遺伝子に関しては、AtSOS遺伝子、AtNHX1、AtHKT1;1のように、Col-0との間には遺伝的変動や正の転写変動はほとんど見られなかった。 さらに、塩ストレス下では、これらの選択株はCol-0よりも高い互換性溶質蓄積量と低い活性酸素種の蓄積量を示した。以上の結果から、シロイヌナズナの塩分耐性は、K(+)保持能力の高さによって自然に変化してきたと考えられることが明らかになった。

Plants are exposed to various environmental stresses during their life cycle such as salt, drought and cold. Natural variation mediated plant growth adaptation has been employed as an effective approach in response to the diverse environmental cues such as salt stress. However, the molecular mechanism underlying this process is not well understood. In the present study, a collection of 82 Arabidopsis thaliana accessions (ecotypes) was screened with a view to identify variation for salinity tolerance. Seven accessions showed a higher level of tolerance than Col-0. The young seedlings of the tolerant accessions demonstrated a higher K(+) content and a lower Na(+)/K(+) ratio when exposed to salinity stress, but its Na(+) content was the same as that of Col-0. The K(+) transporter genes AtHAK5, AtCHX17 and AtKUP1 were up-regulated significantly in almost all the tolerant accessions, even in the absence of salinity stress. There was little genetic variation or positive transcriptional variation between the selections and Col-0 with respect to Na+-related transporter genes, as AtSOS genes, AtNHX1 and AtHKT1;1. In addition, under salinity stress, these selections accumulated higher compatible solutes and lower reactive oxygen species than did Col-0. Taken together, our results showed that natural variation in salinity tolerance of Arabidopsis seems to have been achieved by the strong capacity of K(+) retention.