ABSTRACT Soil saline-alkalization is a major environmental stress that impairs plant growth and crop productivity. Plant roots are the primary site for the perception of soil stresses; however, the regulation mechanism engaged in the saline-alkaline stress response in plant roots is not well understood. In this study, we identified how a rice Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase, OsDMI3, confers saline-alkaline tolerance in rice root growth. We measured the OsDMI3 activity by an in-gel kinase assay, Na+ content by NaHCO3 treatment, and Na+ and H+ fluxes by noninvasive micro-test technology (NMT). Furthermore, a real-time reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis was performed to identify the genes upregulated in response to NaHCO3 treatment in rice roots. The results showed that NaHCO3 significantly increased OsDMI3 expression and activity in rice roots. This was consistent with the results of Na+ content and NMT that indicated OsDMI3 promoted root elongation under saline-alkaline stress by reducing root Na+ and H+ influx. Moreover, real-time RT-PCR analysis revealed that OsDMI3 up-regulated the transcript levels of OsSOS1 and PM-H+-ATPase genes OsA3 and OsA8 in saline-alkaline stressed rice plants. Collectively, our results suggest that OsDMI3 could promote saline-alkaline tolerance in rice roots by modulating the Na+ and H+ influx. These findings provide an important genetic target for protection of growth in rice exposed to saline-alkaline stress.

中文翻译：

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钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 OsDMI3 正调控水稻根系的盐碱耐受性

摘要 土壤盐碱化是影响植物生长和作物生产力的主要环境胁迫。植物根系是感知土壤压力的主要场所；然而，植物根系中参与盐碱胁迫反应的调节机制尚不清楚。在这项研究中，我们确定了水稻 Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 OsDMI3 如何赋予水稻根系生长的盐碱耐受性。我们通过凝胶内激酶测定测量了 OsDMI3 活性，通过 NaHCO3 处理测量了 Na+ 含量，通过无创微测试技术 (NMT) 测量了 Na+ 和 H+ 通量。此外，还进行了实时逆转录聚合酶链反应 (RT-PCR) 分析，以确定水稻根中响应于 NaHCO3 处理而上调的基因。结果表明，NaHCO3 显着增加了水稻根中 OsDMI3 的表达和活性。这与 Na+ 含量和 NMT 的结果一致，表明 OsDMI3 通过减少根 Na+ 和 H+ 流入促进盐碱胁迫下的根伸长。此外，实时 RT-PCR 分析表明，OsDMI3 上调了盐碱胁迫水稻植物中 OsSOS1 和 PM-H+-ATPase 基因 OsA3 和 OsA8 的转录水平。总的来说，我们的结果表明 OsDMI3 可以通过调节 Na+ 和 H+ 的流入来促进水稻根部的盐碱耐受性。这些发现为保护暴露于盐碱胁迫的水稻的生长提供了一个重要的遗传目标。这与 Na+ 含量和 NMT 的结果一致，表明 OsDMI3 通过减少根 Na+ 和 H+ 流入促进盐碱胁迫下的根伸长。此外，实时 RT-PCR 分析表明，OsDMI3 上调了盐碱胁迫水稻植物中 OsSOS1 和 PM-H+-ATPase 基因 OsA3 和 OsA8 的转录水平。总的来说，我们的结果表明 OsDMI3 可以通过调节 Na+ 和 H+ 的流入来促进水稻根部的盐碱耐受性。这些发现为保护暴露于盐碱胁迫的水稻的生长提供了一个重要的遗传目标。这与 Na+ 含量和 NMT 的结果一致，表明 OsDMI3 通过减少根 Na+ 和 H+ 流入促进盐碱胁迫下的根伸长。此外，实时 RT-PCR 分析表明，OsDMI3 上调了盐碱胁迫水稻植物中 OsSOS1 和 PM-H+-ATPase 基因 OsA3 和 OsA8 的转录水平。总的来说，我们的结果表明 OsDMI3 可以通过调节 Na+ 和 H+ 的流入来促进水稻根部的盐碱耐受性。这些发现为保护暴露于盐碱胁迫的水稻的生长提供了一个重要的遗传目标。我们的结果表明，OsDMI3 可以通过调节 Na+ 和 H+ 的流入来促进水稻根部的盐碱耐受性。这些发现为保护暴露于盐碱胁迫的水稻的生长提供了一个重要的遗传目标。我们的结果表明，OsDMI3 可以通过调节 Na+ 和 H+ 的流入来促进水稻根部的盐碱耐受性。这些发现为保护暴露于盐碱胁迫的水稻的生长提供了一个重要的遗传目标。