【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 明， KST1基 因產(chǎn)物主要存在于氣 孔的保衛(wèi)細(xì)胞中參與氣孔的開閉。 SIRK 是 Pratelli 等1 J人從葡萄藤植物 ( Vitis vinif era) 中分離出來(lái)的一種 K 通道基因?；? 表達(dá)的結(jié)果表明 ， SIRK 所顯示 的功能特 性與 KAT2很相似。 通過(guò)將 SIRK 的啟動(dòng)子區(qū)與 GUS 報(bào) 告基因整合后在葡萄藤和擬南芥 中的表達(dá) ， 分析 發(fā)現(xiàn) ， SIRK 在葡萄藤保衛(wèi)細(xì)胞中表達(dá)， 在擬南芥 的木質(zhì)部薄壁組織也有表達(dá)。 KZM 1(K channel Zea m ays 1) 是來(lái)源于玉 米的一種內(nèi)向整流型 K 通道基因， 主要表達(dá)在 玉米 的保衛(wèi)細(xì)胞 和脈管系統(tǒng) (vasculature) 等部 位 。單從 DNA 序列分析來(lái)看 ，KZM1通道很可 能與擬南芥的 KAT2具有相似的功能 ， 但與KAT2 相比， KZM1通道缺少分布在細(xì)胞膜外局部 的組 氨酸 ，因此 它 不 會(huì) 受 到 外 部 環(huán) 境 酸 化 的影 響[1 8 。 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(dá)在保衛(wèi)細(xì)胞和芽部位。其基因產(chǎn)物在保 衛(wèi)細(xì)胞開啟和芽生長(zhǎng)時(shí) 的 K 吸收過(guò)程 中起作 用 [3 3l。 3 ． 1． 3 A K T2 組 AK T2 組 基 因 包 括 AKT2， ZMK2， VKC1， SPICK 1， PTK2， SKT2等 ， 編碼弱內(nèi)向整流型鉀離 子通道。 與 AKT 1組通道一樣， C 端也具有 ANKY 結(jié)構(gòu)。 近年來(lái) ， 關(guān)于 AKT2 組 的研究主要集中在 AKT2 與 ZMK 2 上。 AKT2是利用 AKT1作探針， 從擬南芥 cDNA 文庫(kù)中得到的克隆 ， 同時(shí)被分離 的還有 AKT3， AKT4 等。 AKT2 基因編碼由 802 個(gè)氨基酸殘基組 成的多肽 ， Mr 約為 91 300 Da， 它與 AKT1， KAT 1 有 6o％同源性 ， 能在 卵母細(xì)胞中表達(dá)并具有轉(zhuǎn) 運(yùn) K 的作用。 AKT3 可能是 AKT2 的一部分 (缺 失頭 15 個(gè)密碼子)。在卵母細(xì)胞 中的表達(dá)表明 它們都是電壓門控的內(nèi)向整流 K 通道l939。 。 跟 ZMK 1一樣 ， ZMK2 也是從玉米胚芽鞘中 分離的 K 通道基因， 在脈管系統(tǒng)表達(dá)。卵母細(xì) 胞 中的表達(dá)表明， ZMK2 依電壓獨(dú)立性及質(zhì)子禁 止性通道方式調(diào)節(jié) K 電流【 1 8]。 3 ． 1． 4 AtK C 1 組 AtKC1組 基因產(chǎn)物無(wú) ANKY 結(jié)構(gòu) ， 主要 有 A￡ 1和 KDC1兩種。 AtKC1( A． thaliana K Channel 1) 是 Rein— tanz 等從擬南芥 中分離克 隆的一個(gè) a 亞基類 K 通道基因。研究表明， AtKC1 主要在根毛區(qū) 和根的內(nèi)皮層表達(dá)。通過(guò)反 向 PCR 和膜片鉗技 術(shù)研究發(fā)現(xiàn) ， AtKC1通道的a一 亞基是根毛鉀離子 吸收通道的重要組成單位。 KDC 1 (K channel of Daucus Carota 1) 是從 胡蘿 卜 根 中分離和克隆出來(lái)的， 它屬于植物 內(nèi)向 鉀離子通道的一個(gè)新亞族。通過(guò)原位雜交實(shí)驗(yàn) 顯示 ， KDC1在胡蘿 卜 根毛細(xì)胞中有高水平的表 達(dá) ， 和它的擬南芥 的 AtKC 1具有很相似的表達(dá)方 式。 KDC1 不能單 獨(dú)在卵母細(xì)胞 中表達(dá) ， 即不具 功能性 。但 當(dāng)其與 DKT1共同在卵母 細(xì)胞 中作 異源表達(dá)時(shí)， 它們的基 因產(chǎn)物能介導(dǎo) K 流的產(chǎn) 生[1 2， 。 3． 2外向整流型鉀離子通道(K out)基因 K out 通道存在于植物的各類細(xì)胞中， 它在 細(xì)胞膜去極化 (depolarization) 的條件下被激活打 開， 此時(shí)跨膜電勢(shì) 比較高， 導(dǎo)致 K 由胞內(nèi)排出到 胞外。 KCO1是第一個(gè)從植物細(xì)胞中篩選 出的具 有外向整流性的 K 通道基 因。 KCO1 是以 Shak— el通道的 P． 回環(huán)的保守序列為探針 ， 從擬南芥的 EST 數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選 出的。它具有 2 個(gè) P． 回環(huán) 、 4 個(gè)跨膜鏈 (片段) 。KCO1能夠向外轉(zhuǎn)運(yùn) K 并且 依賴于胞質(zhì)中的鈣離子(Ca2 )。KCO1不僅能在 葉片和花中表達(dá)， 也能在幼苗 中表達(dá) ， 但表達(dá)較 低[ 。 從擬南芥中， 人們還分離克隆了外向整流型 K 通道基因 SKOR。 SKOR 是擬南芥去極化激活 的 K 通道， 己經(jīng)在卵母細(xì)胞 中得到表達(dá)， pH 變 化可以調(diào)節(jié)活化的通道數(shù)量。SKOR 對(duì)于 pH 的 敏感在生理范圍內(nèi)說(shuō) 明， 內(nèi)外 pH 在調(diào)節(jié) K 分 泌到木質(zhì)部時(shí)起作用【 。 CORK ( guard cell outward rectifying K chan— ne1 )來(lái)源于擬南芥 的保衛(wèi)細(xì)胞中。當(dāng)在卵母細(xì) 胞 中異源表達(dá)時(shí)， GORK 的基因產(chǎn)物可以介導(dǎo)去 極化激 活的 K 流。擬南芥 的 SKOR( Stelar K o utward rectif i er)和 GORK 有 73％ 的同源性 ， 雨樹 維普資訊 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)第 l7 卷(2oo5) (豆科植物 Sam anea saman) 的 ． sP俐 r (( Sam anea saman Pulvinus outward rectifying K cha nne1) 與 CORK 有 75％ 的序列同源性 J 。 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(gè)亞科( subfam ily)[ 。 4 展望 幾十年來(lái) ， 人們對(duì)植物吸收鉀離子的機(jī)制進(jìn) 行了較為深入的研究 。尤其是 Epstein[0 J等的開 創(chuàng)性工作， 他假定 K 吸收可以用經(jīng)典的酶動(dòng)力 學(xué)來(lái)描述。并將 K 吸收分 為兩個(gè)系統(tǒng) ： 系統(tǒng) I 指 K 吸收服從 Michaelis。 Menten 動(dòng)力學(xué)， 并在低 外界 K 濃度(0． 001～0． 2 m rno i／ L)下起作用 ， 又 稱高親和性(h礎(chǔ) af inity)吸收系統(tǒng) ； 系統(tǒng) Ⅱ則在 高的外界 K 濃度 ( 1～10 mm ol／ L)下起作用 ， 又 稱低親和性(1 o w af init y )吸收系統(tǒng)。低親和性吸 收系統(tǒng)主要是通過(guò) K 通道來(lái)進(jìn)行 的。因此 ， 鉀 離子通道是植物吸收鉀離子的重要途徑之一。 目前人們已經(jīng)從植物中克隆出多個(gè)編碼 K 通道的基因， 而且對(duì)這些基因的分子結(jié)構(gòu) 、 功能 表達(dá)、 影響因素以及它們?cè)谥参?K 吸收(植物鉀 營(yíng)養(yǎng) )中的作用等進(jìn)行了很多研究。這些研究成 果為進(jìn)一步利用生物工程技術(shù)改 良植物的鉀素 營(yíng)養(yǎng)和培育鉀高效利用 型作物新品種奠定 了基 礎(chǔ) 。 通過(guò)基 因工程技術(shù) ， 人們 已相繼開展 了將 KATI 和 AKTI 基因?qū)说綌M南芥 、 煙草和水稻 的 研究 ， 并獲得 了一些 轉(zhuǎn)基 因植株。比如， 施衛(wèi) 明【 28]等利 用 根 癌農(nóng) 桿 菌 介 導(dǎo)法 已成 功地 把 KAT1和 AKT1 導(dǎo)人擬南芥和野生型煙草 中， 并 獲得了轉(zhuǎn)基因植株及其純合株系， 發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植 株的吸鉀速率和對(duì) K 的累積能力都比對(duì)照的有 明顯 的提 高， 而 且， 經(jīng)過(guò) 分 子檢 測(cè) ， 也 證 實(shí) 了 71 1和 AKT1基因在轉(zhuǎn)基因植株中得到了整合 和表達(dá)。最近 ， 有科學(xué)家應(yīng)用花粉管通道法將高 鉀植物空心蓮子草 DNA 導(dǎo)入到水稻中， 在后代 的大量篩選 中也發(fā)現(xiàn)一些株系的吸鉀速率和對(duì) K 的累積能力 比相對(duì)應(yīng)的受體有 明顯 的提高； RAPD 檢測(cè)也表 明外源 DNA 的導(dǎo)人 引起 了受體 植物基因組 的改變。這些研究工作表 明應(yīng)用分 子育種手段 和基因工程技術(shù)完全有可能將鉀離 子通道基因轉(zhuǎn)入到植物中去 ， 使其在轉(zhuǎn)基因后代 中表達(dá) ， 從而達(dá)到改 良植物的營(yíng)養(yǎng)性狀的 目的。 因此 ， 運(yùn)用現(xiàn)代分子生物學(xué)手段和基因工程 技術(shù)篩選高效利用鉀的作物 品種或利用現(xiàn)有的 鉀離子通道基 因改 良作物品種 ， 從 而提高作物 本身的鉀吸收利用能力應(yīng)