식물의 성장과 생존을 위한 중요한 전제 조건은 potassium uptake를 일정 수준으로 유지하는 것이다. 애기장대에서는 High-Affinity K+ transporter (HKT1)과 다른 소금에 민감한 단백질은 증산 현상에서 Na+ 이온을 제거하여 염분 스트레스 저항성 표현형에 기여한다.
그러나 halophytic adabidopsis (Thellungiella salsuginea)에서는 HKT1의 사본 중 하나인 TsHKT1;2가 Na+ 이온이 있을 때 K+ 수송체 역할을 하는 것으로 알려졌다. 이는 아미노산 서열 비교를 통해서도 확인할 수 있었다. 두 개의 추가 T.salsuginea 식물체 및 대부분의 다른 HKT1 서열은 해당 위치에 Asn(N)을 포함한다. Wild type에서의 TsHKT1;2 및 변이를 포함하고 있는 AtHKT1에서는 효모 세포의 K+ 흡수 결핍을 보완했다.
AtHKT1N-D, TsHKT1;2 로 보완된 돌연변이 hkt1-1 식물은 wild type AtHKT1에 의해 보완 된 식물체보다 염분 스트레스에 대해 더 높은 내성을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 현상을 개구리 난모세포를를 통해 추가로 확인하였다.
저자들은 이에 대해 일부 crucifer species 에서 관찰되는 염도에 대한 내성이 염도가 높은 서식지에서 군집화하며 어떻게 진화적으로 획득하였는지 추가로 설명한다.
Plants Expressing TsHKT1;2 Are Tolerant to Salt Stress Compared to AtHKT1;1
TsHKT1;2 식물체에서 높은 수준의 염도 스트레스에 대한 내성을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 염도 내성이 어떤 작용을 통해 얻어지는 것인지, AtHKT1;1, TsHKT1;2 등의 각각의 역할을 세부적으로 확인하기 위해 hkt1-1 knock out line 추가로 만들어 실험을 수행하였다. 염분 스트레스 하에서 ProAtHKT1::AtHKT1을 발현하는 식물은 wild type과 같은 표현형을 보인 반면, hkt1-1식물은 염분 스트레스에 과민반응을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
Molecular Modeling of AtHKT1;1 and TsHKT1;2
AtHKT1;1과TsHKT1;2의 단백질 상의 이온 수송 도메인을 컴퓨터를 활용하여 모델링할 수 있다. HKT 단백질은 K+ 채널의 이온 전도 기공 형성 단위와 유사한 4개의 막 횡단, 기공 루프, 막 횡단 도메인으로 구성되므로 K+ 이온 채널의 세포막 상의 Membrane-Pore-Membrane 모티프를 활용하여 모델링되었다.
이러한 단백질의 3차 구조 모델링 연구를 통해 HKT1유형의 transporter 에서 K+ 선택성을 위한 중요한 잔기로 Asp 잔기의 역할을 뒷받침할 수 있다.
Ion Selectivity and Pore-Forming Regions of AtHKT1;1 and TsHKT1;2
The AtHKT1N211D Mutation Enhances Plant Growth under Salt Stress
정리하면, 저자들은 AtHKT1N211D and AtHKT1N242D 변이를 포함하고 있는 Arabidopsis hkt1-1 lines에 대해 실험하고 그 결과를 제시하고 있다. 또한 AtHKT1;1, TsHKT1;2의 특성에 대한 분석을 변이에 따른 결과와 함께 제시한다. 이온 및 삼투에 관한 전기생리학적 특성은 개구리 난모세포를 활용한 실험으로 보완하였다. 일련의 실험과 결과를 통해 dicot HKT1에서 1가 양이온 선택성이 Asp, Asn잔기에 의해 유도되는 것까지 확인하였다.
