【正文】 個側(cè) 鏈蘇氨酸上 的羥基氧原子組成_ 4’5 J。K 通道一 個獨特的結(jié)構(gòu)特征是孔道 內(nèi)有一個部位可以膨 脹到 1． 0 nln， 稱為中心腔(cavity) ， 位于選擇性過 濾器的胞內(nèi)側(cè) ， 細(xì)胞膜的中間。中心腔中可以容 納一個 K ， 其他空間則充滿了水。另外 ， 通道胞 外側(cè)的出口處存在兩個 K 適宜的結(jié)合位點。 2鉀離子通道的作用 有關(guān) K 通道在植物體 內(nèi)的作用研究并不 多。從 目前的結(jié)果來看 ， 認(rèn)為主要是與 K 吸收 和細(xì)胞中的信號傳遞 (尤其是保衛(wèi)細(xì)胞 )有關(guān)。 小麥根細(xì)胞中過極化激活的選擇性內(nèi)流 K 通道 的表觀平衡常數(shù) Km值為 8． 8 mm ol／ L， 與通常的 低親和吸收系統(tǒng) Km 值相似[ 。近年來 ， 大量 K 通道基因的研究表明， K 通道是植物吸收轉(zhuǎn) 運鉀離子的重要途徑之一。保衛(wèi)細(xì)胞 中氣孔的 開閉與其液泡中的 K 濃度有密切關(guān)系。質(zhì)膜去 極化激活的 K 外 向整流通 道引起 K 外流 ， 胞 質(zhì)膨壓降低 ， 導(dǎo)致氣孔的關(guān)閉。相反 ， 質(zhì)膜上 H． ATPase激活的超極化 (hyperpolarization)促使內(nèi)向 整流鉀離子通 道 (K in) 的打開 ， 引起 K 的內(nèi) 流 ， 最終導(dǎo)致氣孔 的張開_】 引 ?？梢娾涬x子通道 在保衛(wèi)細(xì)胞開閉的過程中具有傳遞信號的功能。 3 鉀 離子通道 相關(guān)基 因及其功 能 特征 迄今 ， 已從多種植物或同種植物的不同組織 器官中分離得到多種 K 通道基 因( 圖 3) ， 根據(jù) 對其結(jié)構(gòu)功能和 DNA 序列的分析 ， 可以把它們 分為 5 個大組 ： 工， Ⅱ， Ⅳ組基因?qū)儆趦?nèi)向整流型 通道 ； m組屬于弱內(nèi)向整流型通道(weakly inward rect~ er channels) ； V 組則是外向整流型通道[坨 J。 下文中我們將分別 闡述各組基 因在近年來 的研 究進(jìn)展。 3． 1 內(nèi)向整流型鉀離子通道(K in)基因 內(nèi)向整流型鉀離子通道基因包括四組 ， 即組 工(AK T1 組 ) 、 1 I (KAT1 組 )、 IlI (AK T2 組 ) 、 IV(AtKC1組)。 其中 AKT2組為弱內(nèi)向整流型鉀 離子通道。 3 ． 1． 1 AK T 1 組 AKT1組基因主要包括 AKT1， LK T1， ZMK 1， OsAKT 1， DKT1等， 現(xiàn)介紹如下： AKT1(Arabidopsis K Transporter 1) 是第一 個克隆到的植物 K 通道基因， 采用酵母雙突變 體互 補(bǔ)法從擬南芥 cDNA 文庫 中篩選 出來[ 。 cDNA 序列分析表 明， AKT 1長 2 649 bp， 其 中的 閱讀框為 2 517 bp， 編碼 838 個氨基酸殘基組成 的多肽 ， 相對分子質(zhì)量約為 95 400 Da。 AKT 1編 碼的 K 通道， 對 K 有極高的選擇性 ， 其選擇性 依次是 K Rb Na Li 。Norther n blot 分析表 明， AKT1組織特異性較強(qiáng) ， 主要在根組 織中表達(dá)。用 GUS 報告基因發(fā)現(xiàn)， 除了成熟根 的表層細(xì)胞 以外 ， 在 葉原基細(xì)胞和水孔 中也存 在_8 J。近來研究發(fā)現(xiàn) ， AKT 1通道不僅能促進(jìn)植 物對土壤中 K 的吸收 ， 還能影響根細(xì)胞的生長 發(fā)育， 當(dāng)把一 aktl 突變體植株幼苗 ( aktl m utant seedling)置于低外界 K 濃度時 ， 其根毛會萎縮 得非常dx ． [9J。 LK T1 是 從 番 茄 (Lycopersicon esculentum Mil1． )根毛特化的 cDNA 庫 中克隆出來的。RNA 印跡分析表明， LKT1 的 m RNA 在根毛中強(qiáng)烈表 達(dá)， 很可能參與植物 K 的吸收。LKT1 編碼 的多 肽中有 97％ 的氨基酸序列與馬鈴薯的 SKT1 一 致 ， 它們在功能上的相似性已經(jīng)在一個電生理學(xué) 實驗中得到了證實_】 。 ZMK 1( Zea m ays K channel 1)是從玉米胚 芽鞘 中分離出的 K 通道基因， 在皮層表達(dá)。在 卵母細(xì)胞中的表達(dá)表 明， ZMK1 編碼 的 K 通道 是通過外部酸化激活的【 1 1 J。有研究表 明， 藍(lán)光 對 ZMK 1通道在玉米胚芽鞘 中的分布有一定影 響[3 2l。 OsAKT 1來源于水 稻( Oryza sativa L ． )特化 的 cDNA 庫， Norther n blot 分析 表 明 OsAKT 1主要 維普資訊 166 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報第 17卷(2oo5) 植物鉀離子通道基因分五組( I 、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ 、 V )， 圖中 I 、 Ⅱ、 Ⅳ組虛線框定區(qū)域為內(nèi)向整流型鉀離子通道(in ward retiiier K channels) 基因， Ⅲ組框定區(qū)域為弱內(nèi)向整流型鉀離子通道(weakly inw ard rectifier K’ channe1)基因， 外向整流型鉀離子通道(o utward rectif i er K cllallJlds)基因則在圖中的V 組區(qū)域內(nèi)。 圈3植物鉀離子通道基因系統(tǒng)樹(根據(jù) Elide 等[6 】 文改編) ．3 Gene system tree of K channel[ 】 在根組 織 中表達(dá) ， 葉片組 織上也 有少量表 達(dá)。 OsAKT1 的表 達(dá)具 有 明顯地 細(xì)胞 特異 性 ( cell— specif i city) ， 比如在根組織中， 其在表皮和內(nèi)皮層 細(xì)胞中強(qiáng)烈表達(dá)， 而在脈管系統(tǒng)和外皮層細(xì)胞 中 表達(dá)量則要低得多【 3 0]。最近研究表明，OsAKT1 似乎在鹽脅迫下水稻的K 吸收過程中扮演重要 的角色【 3 1 J。 DKT1 是 最 近 由 Elide 等 人 從 胡 蘿 卜 ( Daucu s carota) 中分離 出來的一種 a 亞基類的 K 通道基 因。DKT1基因長 2 827 bp， 其中閱讀 框含有 2 622 個核苷酸， 編碼由 873 個氨基酸組 成的多肽， 相對分子質(zhì)量約為 99 000 Da。它與 擬南芥的 AKT1有 82％ 的同源性 ， 與 LKT1則有 85％。 DKT1能在成熟胡蘿 卜 中的葉片大量表達(dá)， 在根部 、 子葉、 莖等很多部位也有表達(dá) ， 可能在植 物營養(yǎng)物質(zhì)吸收和其他一些生理過程方面發(fā)揮 重要作用L 6 J 。 3 ． 1． 2 1 組 KAT1組基因編碼內(nèi)向整流鉀離子通道 ， 其 與 AKT1 組基 因產(chǎn) 物結(jié) 構(gòu)上 的最 大 區(qū)別是 在 COOH 端沒有錨蛋 白相關(guān) 區(qū) ( 枷n— related do— main，ANKY )。KAT1 組基 因 主要 包 括 KAT1， KST1， SIRK ， KZM1， KPT1等。 KAT1( Arabidopsis inward rectif i er K channel 1)是與 AKT1同時從擬南芥 cDNA 文庫中篩選 出 來的植物 K 通道基 因【 1 3J。KAT1基因的閱讀框 含有 2 031個核苷酸 ， 編碼 的多肽由 677 個氨基 酸殘 基 組 成， 相 對 分 子 質(zhì) 量 約 為 78 000 Da。 KAT1的表達(dá)具有組織特異性 ， KAT1在擬南芥植 株中的主要表達(dá)部位是保衛(wèi)細(xì)胞 ， 在根和莖中也 有少量的表達(dá)。 人們認(rèn)為 KAT1通道可能參與了 氣孔開放 ， 并向維管組織中轉(zhuǎn)運 K ， 而不是直接 從土壤 中吸收 K+【 168。J。以 KAT1為探針 ， 又能從 擬南芥 cDNA 文庫中篩選 出 KAT2 等功能類似的 內(nèi)向整流型 K 通道基因。 KST1是以KATI 和 AKTI 作為探針從馬鈴薯 ( Solanum tuberosum L ． ) 的 cDNA 文庫 中篩選 出 來的。它長約 2 381 bp， 可編碼 689個氨基酸殘 基的多肽。以 KST1 為探針 ， 與馬鈴薯 的綠花 蕾、 展開的花、 葉片、 表皮、 莖節(jié)、 塊莖和根的各部 維普資訊 閔水珠等： 植物鉀離子通道的分子生物學(xué)研究進(jìn)展 位 RNA 進(jìn)行雜交分析 ， 發(fā)現(xiàn) KST1主要在花和葉 部位表達(dá)， 而在莖節(jié)、 塊莖和根中不表達(dá)。 原位雜 交的結(jié)果還表