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沙冬青中的钾高效传输基因
Potassium transporter in Ammopiptanthus mongolicus

从沙冬青叶片中中克隆了一个典型Shaker型钾离子吸收通道基因AmKAT1。

对AmKAT1的电生理研究表明AmKAT1是一个受钾离子浓度调控K+吸收通道,该系统在细胞外钾离子浓度较高(10 mmol/L以上)时,方能行使向保卫细胞中输入K+的功能。这一与众不同的特征对沙冬青这样的旱生植物具有重要的生理意义:在细胞外低浓度钾离子条件下(无论钠离子浓度多高),AmKAT1难于开放,钾离子不能进入保卫细胞,保卫细胞就不会吸水膨胀,气孔也就难于打开,这样减少了沙冬青体内水分的蒸腾散失,增强了沙冬青在干旱环境中的生存能力。我们进一步深入研究了细胞外钾离子调控AmKAT1活性的机制,发现AmKAT1中至少两个位点参与钾离子的感应,现在已经确定一个位点位于通道孔区域。

此外,我们还克隆得到一个保卫细胞外向型K+通道AmGORK和慢阴离子通道AmSLAC1。荧光定量PCR结果显示,AmGORK主要在地上部表达,其转录水平不同程度地受到PEG模拟水分胁迫、ABA、NaCl及渗透胁迫处理等的影响。在非洲爪蟾卵母细胞异源系统中的电生理研究表明,蒙古沙冬青保卫细胞的AmGORK通道在膜电位去极化时能够介导K+的高效外排;该通道的激活具备典型电压依赖性和钾离子浓度依赖性,且受到钾离子通道抑制剂TEA和Ba2+的抑制;此外,AmGORK的活性受细胞外pH,而不受细胞外钙浓度的调控。这些结果表明,虽然蒙古沙冬青是一起源于数百万年前的耐干旱古老豆科灌木,其在K+主导的气孔关闭机制方面,与现有普通模式植物拟南芥高度相似。这些结果为初步揭示GORK类气孔调控通道在不同物种间及长期进化过程中的功能保守性,提供了证据。

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