低k+に対する耐性の増加、およびK+トランスポーターATHAK5のF130S変異体バージョンを発現することにより、シロイヌナズナ植物のカチオンストレスへの耐性の増加

高親和性K+取り込みシステムのカリウム（K+）選択性は、低いK+下での植物の成長と、Na+やCs+などの植物に毒性のあるK+摂取の阻害剤の存在下で重要です。ここでは、ATHAK5 AKT1二重変異植物のフェニルアラニン130のセリン（F130S）への変化からなるシロイヌナズナaTHAK5高親和性K+トランスポーターの変異バージョンを表現します。F130S発現植物は、低いK+（10μM）で成長し、Na+（15 mM）またはCS+（1μM）の存在下で低K+で成長した場合、低い外部濃度からK+摂取量を増加させ、K+含有量を増加させます。さらに、これらの植物はNa+およびCs+が少ないため、Na+/K+とCs+/K+比が低くなります。これは、塩ストレスおよびCS+浸透土壌に対する植物耐性の重要な決定要因です。ATHAK5の構造分析は、F130残基がATHAK5のK+トンネルの細胞内ゲートに近づき、そのイオン選択性に影響を与えることを示唆しています。輸送システムの変更には、気候変動によって課される非生物的ストレス条件下での持続可能な生産など、将来の農業の課題に直面する大きな可能性があります。

Potassium (K+) selectivity of high-affinity K+ uptake systems is crucial for plant growth under low K+ and in the presence of inhibitors of K+ uptake that are toxic to plants such as Na+ or Cs+. Here, we express a mutated version of the Arabidopsis AtHAK5 high-affinity K+ transporter consisting on a change of phenylalanine 130 to serine (F130S) in athak5 akt1 double mutant plants. F130S-expressing plants show better growth, increased K+ uptake from low external concentrations and higher K+ contents when grown at low K+ (10 μM) and when grown at low K+ in the presence of Na+ (15 mM) or Cs+ (1 μM). In addition, these plants accumulate less Na+ and Cs+, resulting in lower Na+/K+ and Cs+/K+ ratios, which are important determinants of plant tolerance to salt stress and to Cs+-polluted soils. Structure analysis of AtHAK5 suggest that the F130 residue approaches the intracellular gate of the K+ tunnel of AtHAK5, affecting somehow its ionic selectivity. Modification of transport systems has a large potential to face challenges of future agriculture such as sustainable production under abiotic stress conditions imposed by climate change.