论文植物质膜钾离子转运体研究进展定稿.doc
3页
植物质膜钾离子转运体研究进展摘要近年，随着分子生物学技术的不断发展和广泛应用，有关植物质膜钾离 子转运体的研究取得重要进展目前已经克隆到多种质膜钾离子转运体基因并对 钾离子转运体生化特性以及结构功能进行了广泛研究研究认为，质膜钾离子转 运体可分为钾离子载体和钾离子通道钾离子通道乂可分为内向性钾离子通道a 亚基、钾离子通B亚基及外向性钾离子通道等三类钾离子是高等植物细胞中含量最丰富的阳离子钾离子在植物生长发育中起 着重要的作用，诸如维持细胞膨压，参与叶片及气孔的运动和细胞伸长生长等过 程细胞中钾离子浓度较高，一般维持在100-200mmol/L,而土壤中钾离子 的 浓度较低，通常在lmm()l/L至I」10mmol/L范围内，有时甚至更低，只有 0. 3-0. 5mmol/Lo因此，植物根系吸收钾离子的过程是逆着浓度梯度进行的近 年，随着分子生物技术的发展和应用，已经克隆到多种钾离子转运体基因，并对 钾离子转运体的结构、生化特性、生理功能等进行了研究最近，Doyle等从链 毒菌制得钾通道的晶体，并且采用X射线衍射得到高分辨率的三维结构目前， 高等植物质膜钾离子转运体可以分为钾离子载体和钾离子通道。
钾离子通道乂可 分为内向性钾离子通道a亚基、钾离子通道B亚基及外向性钾离子通道等三类1高亲和钾离子载体蛋白高亲和钾离子转运蛋白属于载体蛋白，称为高亲和钾离子载体蛋白第一 个克隆到的高亲和钾离子载体蛋白是IIKTlo它是采用酵母突变体互补方法，从 小麦根cDNA表达文库中筛选出来的原位杂交结果表明HKTlmRNA存在于叶片和 茎的维管组织和根皮组织中当把HKT1在酵母和卵母细胞中表达时，能够测出 较高钾离子运输活力IIKT1最初被认为是氢离子到钾离子同向转运体，然而最近研究表明HKT1是 钾离子到钠离子同向转运体在较低的非毒性钠离子浓度范围内，钠离子刺激钾 离子的吸收；同样，钾离子能刺激钠离子的吸收但在高浓度钠离子存在下 (10-100mmol/L)，则抑制钾离子吸收这可能是钠、钾两种离子竞争结合位点 的缘故由于HKT1具有吸收钠离子的作用，因而可以采用生物工程方法改造该蛋白, 以降低钠离子吸收活力，从而提高耐盐能力然而，目前还没有这方面的报道 原因是上述钠离子-钾离子运输实验都是在异源表达体系中进行的，目前尚未在 高等植物细胞中加以证实，并且这种钠离子-钾离子运输体系在植物!〃吸收中具 有何种作用也有待阐明。
另外，还克隆到一个钾离子载体蛋白基因KEA1,它与细菌钾离子-氢离子和 钠离子-氢离子转运蛋白具有22%的同源性，并且在卵母细胞中能进行内向性钾 离子运输，但是尚不知KEA1是否也能介导钠离子运输2低亲和钾离子转运低亲和钾离子转运是在外界钾离子浓度为mrnol/L级时进行转运，并且在生 理浓度范围内不会达到饱和低亲和钾离子转运是由电压门控钾离子通道进行 的，它是顺着钾离子浓度梯度的被动运输目前已知的植物内向性钾离子通道的 氨基酸序列都与动物细胞的Shaker钾离子通道相似这类通道都具有6个保守 的跨膜结构域，称为SI、S2、S3、S4、S5、S6o其S4结构域具有电压感应作用 S5、S6之间有一个形状如发卡的疏水区域该结构域构成通道的孔道部分，其 中具有结合离子的位点Shaker通道由4个a亚基组成，每个亚基的P结构域 组成通道的孔道，有的Shaker通道还有B亚基所有的植物钾离子内向性通道 都有一个环核苜结合部位，某些还有锚蛋白重复结构域Shaker钾离子通道有时乂称为Shaker通道a亚基，这是因为乂克隆到一些 基因，植物内向性钾离子通道，也具有相似特性，故有时也称为a亚基2.1 KAT1/KST1KAT1是从拟南芥中鉴定出来的钾离子运输蛋白。
它是内向性钾离子运输蛋 白，是采用酵母突变体互补法从trkltrk2突变株筛选出来的采用异源表达体 系证明，KAT1能够在卵母细胞和Sf9昆虫细胞中表达，并且能够转运钾离子 KAT1表达具组织特异性用GUS作报告基因证明KAT1仅在拟南芥保卫细胞和茎、 根的维管组织中表达人们认为钾离子通道KAT1可能参与了气孔开放，并向维 管组织中转运钾离子，而不是直接从土壤中吸收钾离子AKT1是从酵母突变株trkltrk2中采用互补法筛选出来的异源表达实验表 明，AKT1只能在昆虫细胞中表达而不能在卵母细胞中表达AKT1组织特异性较 强，主要在根组织中表达；用Gus报告基|天|发现，除了在成熟根的表层细胞中存 在，在叶原基细胞和水孔中也存在根据AKT1在细胞中的分布，人们推测其作用可能是从土壤中吸收钾离子 这一推测近来得到证实,用T-DNA抨A AKT1,得到AKT突变体larkl-1该突变体则测 不出钾离子转运，在低钾高子介质中，不能正常生长AKT2是以AKT2为探针，从拟南芥cDNA文库中得到的克隆它与AKT1、KAT1 有60%同源性它能在卵母细胞中表达并具有转运钾离子的作用Northern杂交 表明，AKT2仅在叶片中表达。
AKT1和AKT2 C-末端都具有锚蛋白结合序列锚 蛋白结合位点可使蛋白与细胞骨架结合、使蛋白质特异的定位在质膜上，或促进 蛋白-蛋白之间的相互作用与其不同的是KAT1在其C-末端有一个微管结合位 点而不是锚蛋白的结合位点实验表明，秋水仙素（一种微管蛋白解聚剂）能够 降低KAT1的表达，但不影响AKT1和AKT2的表达。
