拟南芥液泡膜TPKs的钾离子转运特性及其功能调控

The maintenance of potassium homeostasis in cytoplasm is essential for normal plant cytochemical and physiological processes, which may strongly depend on the transport of potassium across the vacuolar membrane. However, the process and regulation of potassium efflux from vacuole to cytoplasm have not been identified. In this project, using agrobacterium-mediated transformation of Nicotiana benthamiana mesophyll cells as an ectopic functional expression system, the systematic characterization of AtTPK1, AtTPK2, AtTPK3 and AtTPK5 in vacuolar membrane, including substrate specificity, voltage and calcium dependence, single-channel conductance and open probability, are going to be assessed. Based on the above results, using a series of techniques, including patch clamp, molecular and genetic approaches, we set out to identify whether the CBL-CIPK and CPK Ca2+ signaling networks involve in the TPKs functional regulation. The conduction of this project will help us to further understand the regulatory mechanism of potassium transport across the vacuolar membrane, which is very important for plants to adapt to a low potassium environment.

细胞质中钾离子浓度的稳定是植物维持正常生理代谢的必要条件，液泡中储存的钾对维持细胞质钾离子平衡具有重要意义。然而目前我们并不清楚液泡中的钾离子是如何向细胞质中转运的，该过程是如何被精准调控的。本项目选取定位于拟南芥液泡膜上的TPKs家族四个成员AtTPK1，AtTPK2，AtTPK3以及AtTPK5作为研究对象，以烟草作为异源表达体系，利用液泡膜片钳技术，对TPKs的通道属性、底物特异性、Ca依赖性，以及门控动力学特征等进行逐一鉴定，在此基础上，借助一系列分子生物学、遗传学和电生理学技术，对CBLs-CIPKs和CPKs钙信号途径对TPKs功能的调控展开深入研究，揭示液泡膜上钾离子转运过程的分子调控机制，这对于提高植物在低钾环境下的适应性具有重要意义。

细胞质中钾离子浓度的稳定是植物维持正常生理代谢活动的必要条件，液泡中储存的钾对于平衡细胞质钾离子浓度具有关键作用。本项目选取定位于拟南芥液泡膜上的TPKs家族三个成员AtTPK1，AtTPK3以及AtTPK5作为研究对象，以烟草作为异源表达体系，利用液泡膜片钳技术，对TPKs的通道属性、底物特异性、Ca依赖性，以及门控动力学特征等进行逐一鉴定，在此基础上，借助一系列分子生物学、遗传学和电生理学技术，对CBLs-CIPKs钙信号途径对TPKs功能的调控展开了深入研究，全面揭示了TPKs在维持液泡和细胞质之间钾离子平衡中的重要作用以及钙信号的调控机制，获得了大量实验数据，发表了一系列高水平论文。这些研究结果使人们对植物的钾营养动力学有了更加深入的认识。