水稻OsAKT2/3钾离子通道介导渗漏电流的分子机制研究

钾离子通道是植物体内钾离子流动的主要媒介，其运作是细胞膜电位快速调控的重要的机制。拟南芥AKT2/3作为Shaker类型通道中唯一的双向整流型通道，在细胞膜电位去极化状态下介导独有的渗漏电流。而对AKT2/3通道产生渗漏电流的机理和分子基础迄今仍知之不多。AKT2/3参与植株内部细胞膜电位的微调过程，能够感应细胞内外钾离子的水平并可能受钙信号和质子的调控，因而很可能是一个集离子通道、信号感应与调控为一体的特殊转运系统，具有重要的科学意义。本项目主要借助非洲爪蟾蛙卵双电极电压钳和膜片钳电生理技术研究水稻OsAKT2/3产生渗漏电流的机理和分子基础。通过结构与功能的分析揭示控制渗漏电流的关键结构域或位点；研究细胞内信号途径及环境条件对OsAKT2/3渗漏电流的调控机制。期望通过本项目的研究，为揭示水稻体内钾库的高效调配和利用提供进一步的理论依据。

Shaker家族K+通道对植物K+的吸收转运和抵抗逆境胁迫至关重要。AKT2/3是Shaker类型通道中唯一的双向整流型通道，可能具有不可替代的功能。水稻是最重要的农作物之一，其K+通道的研究较少。因此，本项目水稻OsAKT2/3为对象，研究了其产生渗漏电流的机理。首先，利用电子克隆方法从水稻中获得一个可能的K+通道基因，并通过RT-PCR获得基因全长，将其命名为OsAKT2/3（Genbank登陆号为JN989970）。生物信息学分析表明，OsAKT2/3蛋白与其他植物的AKT2/3家族成员具有较高的同源性。接下来，用双电极电压钳技术分析显示，OsAKT2/3为一高度低亲和K+吸收系统，高浓度钙离子显著抑制OsAKT2/3的吸钾功能。最后，通过实时定量荧光PCR分析或原位杂交定位表明，OsAKT2/3主要在地上部表达；在高盐胁迫下，地上部OsAKT2/3的表达量急剧降低，而在干旱和外源ABA胁迫处理下，地上部OsAKT2/3的表达量急剧升高。明确了水稻OsAKT2/3是叶片中高浓度K+的快速运输和分配的关键系统，其介导的离子外排功能有可能是用于防止叶片细胞K+浓度瞬时过高的一个微调系统；表明了该通道的功能具有显著的可调节性；初步说明了OsAKT2/3基因有一定的应用潜力；可以为揭示水稻体内钾库的高效调配和利用提供了进一步的理论依据。