高等植物钾转运蛋白

钾在植物生长发育过程中具有许多重要的作用。以模式植物拟南芥中克隆和鉴定的钾通道和转运体为基础,全面介绍了高等植物中钾转运体系家族,包括Shaker通道、KCO通道、KUP/HAK/KT转运体、HKT转运体和其它转运体。同时,分析了在高等植物中存在多种钾吸收和转运机制的可能原因。     

大豆KUP/HAK/KT钾转运体基因家族的鉴定与表达分析

该研究基于已公布的大豆基因组序列信息,对大豆KUP/HAK/KT钾转运体基因家族进行了全基因组鉴定,并对该家族成员的基因特征、蛋白结构、染色体定位、基因复制和表达模式等进行了全面分析,为进一步了解该家族基因的功能及培育钾高效大豆品种提供理论支撑。结果表明:(1)在大豆基因组中共鉴定30个KUP/HAK/KT基因(简写为GmHAK01~GmHAK30),这些基因分布在大豆的15条染色体上,串联复制和片段复制可能导致了GmHAKs基因在大豆基因组中的扩增。(2)大豆GmHAKs蛋白间序列一致性很高,均具有12~14个跨膜区,且都定位于质膜上。(3)进化分析表明大豆GmHAKs可聚为4个进化簇ClusterⅠ~Ⅳ,其中ClusterⅡ的成员数目最多(16个),ClusterⅣ的成员数目最少(1个)。(4)所有GmHAKs基因均包含内含子和外显子,其内含子数目在7~9个之间,且同一亚家族的GmHAKs基因大部分具有相似的内含子-外显子分布模式。(5)表达模式分析表明,大豆GmHAKs的表达大致可分为两类:一类是一些组织特异性表达的基因,包括了ClusterⅠ和ClusterⅣ的全部成员,ClusterⅡ的部分成员,他们在根(GmHAK30和GmHAK04)、花(GmHAK03和GmHAK15)、荚(GmHAK10)或种子(GmHAK25)中表达量很高;另外一类是一些非组织特异性表达的基因,包括了ClusterⅢ的全部成员和ClusterⅡ的部分成员,这些基因(GmHAK05、GmHAK17和GmHAK28等)在所有被检测的组织中均有较高的表达;KUP/HAK/KT家族基因表达模式在不同进化簇的差异化结果表明,其在进化过程可能受到了选择的作用。以上研究结果为今后研究KUP/HAK/KT家族基因功能及定向改良大豆的钾吸收物性提供了重要的基因信息,也为大豆钾高效品种的选育提供了理论基础。     

钾离子转运载体KUP/HAK/KT家族功能的研究进展

钾在植物生长发育中处于不可或缺的地位,钾离子的吸收和转运依靠钾离子通道和钾离子转运载体。植物中钾离子转运载体包括KUP/HAK/KT、Trk/HKT、KEA、CHX四个主要的家族,其中KUP/HAK/KT转运载体家族在植物的生长发育、逆境响应及信号转导中发挥重要作用。该文就该家族在以上这些功能进行总结概述。     

高等植物K+吸收转运蛋白及其分子调节

K 在植物的生命活动中发挥着十分重要的作用。植物对K 的吸收,可分为高亲和吸收与低亲和吸收。在分子水平上,高亲和吸收主要由KUP/HAK/KT及HKT家族的K 转运蛋白来承担;而Shaker、KCO等家族的K 通道蛋白,则主要在植物的低亲和吸收中发挥重要作用。AKT1、HAK5及其在植物中的同源基因在高等植物K 吸收转运中占有举足轻重的地位。KUP/HAK/KT家族基因的调节,主要是转录水平的调节,而K 通道蛋白的调节则可能主要是一种翻译后调节。植物的蛋白激酶通过磷酸化K 通道蛋白来调节通道的活性,从而改变K 的吸收特性。本文综述了高等植物K 吸收运转及调节的分子机制研究方面的最新进展,并对研究的前景进行了展望。     

钾离子转运载体HAK/KUP/KT家族参与植物耐盐性的研究进展

钾可以通过多种方式参与植物的生长和发育,在植物缓解盐等非生物胁迫方面发挥重要作用。在植物中,HAK/KUP/KT是成员数目最多的一类高亲和钾转运蛋白家族,本文对该家族成员的分类、盐胁迫下钾的吸收、转运、生理功能和分子调控机制等方面的研究进行了综述,并对该转运体家族今后的研究方向进行了展望。     

植物高亲和钾离子转运蛋白HAK功能研究进展

钾(Potassium,K)是植物生长发育重要的营养元素,素有"抗逆元素"和"品质元素"之称。在低钾环境下植物主要利用高亲和的转运蛋白进行钾离子的吸收和转运,KUP/HAK/KT作为植物体内钾离子高亲和转运蛋白家族中最大,成员最多的家族,在植物高亲和转运钾离子过程中发挥关键作用。系统阐述了植物KUP/HAK/KT家族的基本情况及其分类、高亲和钾离子转运蛋白HAK的系统发育分析、HAK转运蛋白在提高植物钾吸收,影响植物生长发育,增强植物抵抗生物胁迫和非生物胁迫能力等方面的功能研究,最后展望了钾离子转运蛋白HAK后续有待解决的问题。深入了解HAK钾转运蛋白在植物体内的作用机制对于有效提高钾肥的利用效率,提升作物产量与品质,促进农业发展等方面具有重要的现实意义。     

葡萄基因组中KUP蛋白的生物信息学分析

植物钾(K+)转运体蛋白在K+的跨膜运输中起重要作用,进而维持植物体正常生长和代谢活动.本研究中,通过隐马尔科夫模型(HMM)和葡萄蛋白质库搜索,共找到18个葡萄钾转运体蛋白(VvKUPs).利用生物信息学方法,我们对葡萄家族12条KUP蛋白序列的系统发生和KUP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥、水稻和杨树的KUP基因家族之间的联系.基因组定位结果发现其分布在至少9条染色体上.二级结构预测结果发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;α-螺旋和无规则卷曲为主要二级结构组成部分.基因结构分析表明,KUP基因家族成员分别含有7～10个内含子.葡萄KUP蛋白的亚细胞定位分析表明VvKUP主要定位于膜结构上.电子表达图谱分析结果表明:12条KUP基因有对应的EST序列,其中的11条KUP有相应的电子表达谱,并主要在花、果实、花序和花蕾等组织部位表达.     

水稻OsHAK26启动子的克隆及瞬时表达分析

对水稻KT/HAK/KUP钾离子转运蛋白家族OsHAK26起始密码子上游2 064bp序列进行分析,发现该序列除了具备TATA-Box、CAAT-Box等基本启动子元件外,还含有许多发育、激素、非生物胁迫等响应元件以及KT/HAK/KUP家族启动子普遍存在的元件。用该片段及5'端缺失的-1 473bp、-963bp、-441bp、-193bp四个片段分别取代植物瞬时表达载体pBI-221的CaMV35S启动子区域,并利用拟南芥叶肉原生质体进行瞬时表达分析。结果表明,这五种片段都具有一定的启动活性,随着长度减小,活性下降,但缺失-963bp~-441bp之间的片段却导致活性显著回升,推断该区段含有抑制元件,缺失-441bp~-193bp之间的片段导致活性大幅下降,推断-441bp~-193bp为OsHAK26基因启动子的核心启动区域。     

盐穗木钾转运蛋白基因HcKUP12的克隆及在盐胁迫下的表达分析

利用RACE技术从盐生植物盐穗木(Halostachys caspica)中克隆获得了一个钾离子转运体基因,经BLAST同源比对发现该基因与拟南芥钾离子转运蛋白At KUP12基因最为相似,命名为Hc KUP12。Hc KUP12基因c DNA全长为2953 bp,含有2544 bp的阅读框、262 bp的5'-UTR和147 bp的3'-UTR,编码847个氨基酸,分子质量为93.31 k D,理论等电点为7.19。利用实时荧光定量RT-PCR分析了Hc KUP12基因在600 mmol/L Na Cl处理下胁迫24 h的表达模式,结果显示该基因在盐胁迫下表达量显著增加,至处理24 h时达到最高(为对照的225倍),初步推测其可能是与盐穗木耐盐相关的一个候选基因。     

甘蔗ScHAK9基因克隆及表达分析

KUP/HAK/KT家族基因在介导细胞内钾的积累及维持植物的生长发育中起重要作用,本研究以新台糖22号(ROC22)甘蔗为研究材料,采用同源克隆技术获得钾转运ScHAK9基因的完整编码序列(CDs),并利用生物信息学软件对蛋白质结构和功能进行预测分析,同时利用qPCR技术分析基因的组织特异性表达以及在不同干旱条件下的表达情况。结果表明,ScHAK9基因的cDNA完整编码区长度为2352 bp,编码783个氨基酸,属于碱性疏水蛋白,结构中包含了12个跨膜结构域,蛋白主要定位在细胞质膜上;蛋白质二级结构主要由α螺旋结构、无规则卷曲结构和扩展长链组成;系统发育树分析显示ScHAK9与玉米Zm HAK9基因同源性较高。qPCR分析结果表明,ScHAK9基因在不同组织间的相对表达量具有明显差异,叶片中表达最高,其次是茎,根系中表达最低,具有组织特异性;干旱胁迫可以诱导ScHAK9基因表达,其表达量随着胁迫程度加重表现出升高趋势,且在复水后才有所下降。初步推测该基因可能在甘蔗发育和抵御干旱胁迫中起着重要作用,本研究为进一步阐明ScHAK9的功能及作用机制奠定了分子基础。