植物鉀離子通道的分子生物學(xué)研究進展(存儲版)
【正文】 收利用能力應(yīng)該是 目前主要的研究 方向。低親和性吸 收系統(tǒng)主要是通過 K 通道來進行 的。 CORK ( guard cell outward rectifying K chan— ne1 )來源于擬南芥 的保衛(wèi)細胞中。 KCO1是第一個從植物細胞中篩選 出的具 有外向整流性的 K 通道基 因。 AtKC1( A． thaliana K Channel 1) 是 Rein— tanz 等從擬南芥 中分離克 隆的一個 a 亞基類 K 通道基因。 AKT2是利用 AKT1作探針， 從擬南芥 cDNA 文庫中得到的克隆 ， 同時被分離 的還有 AKT3， AKT4 等。 KZM 1(K channel Zea m ays 1) 是來源于玉 米的一種內(nèi)向整流型 K 通道基因， 主要表達在 玉米 的保衛(wèi)細胞 和脈管系統(tǒng) (vasculature) 等部 位 。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。 DKT1能在成熟胡蘿 卜 中的葉片大量表達， 在根部 、 子葉、 莖等很多部位也有表達 ， 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 。166 近來研究發(fā)現(xiàn) ， AKT 1通道不僅能促進植 物對土壤中 K 的吸收 ， 還能影響根細胞的生長 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。 下文中我們將分別 闡述各組基 因在近年來 的研 究進展。從 目前的結(jié)果來看 ， 認為主要是與 K 吸收 和細胞中的信號傳遞 (尤其是保衛(wèi)細胞 )有關(guān)。 脫水后(直徑約為 0． 26 nm)恰好可以通過。 目前從植物體中發(fā)現(xiàn)的 K 通道幾乎全是電 壓門控型的， 如保衛(wèi)細胞 中的 K 外 向整流通道 等 ， 其結(jié)構(gòu)模型如圖 2 一a 所示。后來 ， 人們又陸續(xù)在其它植物及細胞中 發(fā)現(xiàn)了多種類型的 K 通道。二是通道對離子的選擇性 ， 離子通道對被轉(zhuǎn)運離子的大小與電荷都有高度 的選擇性。近年來 ， 已從多種植物或同種植物的不同組織器官 中分離到多種鉀離子通道基因， 包括內(nèi)向整流型鉀離子通道基因( 如 OsAKT1， DKT1， Ktrrl ， KIl l ， KZM1， ZMK2 等) 和外向整流型鉀離子通道基因(如 CORK ， PTOR K ， STOR K等) 。其中 ， K 通道是種類最多 、 家族 最為多樣化的離子通道 ， 根據(jù)其對 電勢依賴性及 離子流方向的不同， 可把 K 通道分為兩類 ： ①內(nèi) 向整流型 K 通道(inward rectif i er K channel ； K in) ， ② 外 向整流型 K 通道 (outward rectif i er K channel； K out) 。 span。I 39。前面第 1 ～3 個位點處于細胞外側(cè) ， 由8 個 TVGYG 序列氨 基酸上的羰基氧原子組成 ， 第 4個位點處于最靠 近細胞內(nèi)側(cè)的位置 ， 由 4 個羰基氧原子和 4 個側(cè) 鏈蘇氨酸上 的羥基氧原子組成_ 4’5 J。保衛(wèi)細胞 中氣孔的 開閉與其液泡中的 K 濃度有密切關(guān)系。 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 補法從擬南芥 cDNA 文庫 中篩選 出來[ 。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_】 。 OsAKT1 的表 達具 有 明顯地 細胞 特異 性 ( cell— specif i city) ， 比如在根組織中， 其在表皮和內(nèi)皮層 細胞中強烈表達， 而在脈管系統(tǒng)和外皮層細胞 中 表達量則要低得多【 3 0]。 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。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)研究進展 位 RNA 進行雜交分析 ， 發(fā)現(xiàn) KST1主要在花和葉 部位表達， 而在莖節(jié)、 塊莖和根中不表達。 1 ( K transporter Populustremula 1) 是 Hedrich 等從白楊中分離得到的 K 通道基因， 主 要表達在保衛(wèi)細胞和芽部位。在卵母細胞 中的表達表明 它們都是電壓門控的內(nèi)向整流 K 通道l939。 KDC 1 (K channel of Daucus Carota 1) 是從 胡蘿 卜 根 中分離和克隆出來的， 它屬于植物 內(nèi)向 鉀離子通道的一個新亞族。KCO1能夠向外轉(zhuǎn)運 K 并且 依賴于胞質(zhì)中的鈣離子(Ca2 )。 C O R K與SKOR 、 PTOR K( Populus Tremula outward fectifying K channe1) 、 SPORK 等共同組成了植物鉀離子通道 家族的一個亞科( subfam ily)[ 。這些研究成 果為進一步利用生物工程技術(shù)改 良植物的鉀素 營養(yǎng)和培育鉀高效利用 型作物新品種奠定 了基 礎(chǔ) 。 參考文獻 ： l 1 J Langer K ， Ache P ， Geiger D， et a 1 ． Polar potassium Ⅱ alIspc lners capable of controlling K hom e c ~tasis and K 一 dependent 圳0gm— esislJ J ，The Plant J ournal ， 2O O 2， 32： 997 — 1009 ． [2]Schroeder JI，Hedrich R．Potassium sele c tive sin gle channels in gu ard cell pro to plasts o f Vicia b a [J ] ． nature， 1984， 312： 361 —363 ． [3 J Jacqueline MG ， Declan AD ． Potassium channel structu res： do they co m fo rm[J ] ． Curren t Opinion in Structural Bi ology， 20O 4， 14： 440 —446 ． 14 J Mackinnon R ， Zhou YF ． The occupancy o f ions in the K sele c — ti vity f i lter ： ch~ se balance a n d coupling of i on binding to a protein co nfo rmatio na l ch a n ge u ndedie hish con ductio n rate s [J ] ． J MB ， 2003 ， 333 ： 965 —975 ． [5]Mackinno n R， Zho u M．A m utant KcsA K channel w it h altered c o nduction pro perties a n d s elect i vity f i lter ion distribut i o n[ J ] ． JM B ， 2O04 ， 338 ： 839 —846 ． [6]Elide F， Serena V， Alex C， et a 1 ． DKT1， a no vel K channel fro m carrot， forms functiona l heterom eric channels w i th KDC1 [ J J ． F E BS Letters ，20O4 ， 573 ： 6 1 —67 [
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