植物钾离子通道的分子生物学研究进展

钾离子通道是植物钾离子吸收的重要途径之一.近年来,已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离到多种钾离子通道基因,包括内向整流型钾离子通道基因(如OsAKT1,DKT1,KPT1,KDC1,KZM1,ZMK2等)和外向整流型钾离子通道基因(如GORK,PTORK,STORK等).文章分别从结构、功能以及相关基因等三方面综述了关于植物钾离子通道的分子生物学研究进展,并对应用生物工程技术改良植物的钾营养性状进行了讨论.     

植物内流型钾离子通道的研究进展*

 内流型钾离子通道是植物钾离子吸收的重要途径之一。近年来,已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离得到多个内流型钾离子通道基因（如AKT1, KAT1, SIRK和KST1等）。从内流型钾离子通道基因的分类、结构、生理功能及在植物的应用等4方面综述了关于植物内流型钾离子通道的研究进展。     

烟草钾离子通道基因AKT1蛋白的生物信息学分析

本研究对普通烟草钾离子通道基因AKT1蛋白进行生物信息学分析。结果表明,钾离子通道蛋白为4个亚基组成,一半作为跨膜结构通道,一半在膜外边作为辅助开关结构。9条烟草钾离子通道蛋白质中6条为碱性,3条为酸性;5条为疏水性蛋白,4条为亲水性蛋白。其中,3条短的钾离子通道蛋白有5个跨膜结构,且排列位置与顺序基本一致;3条蛋白的磷酸化位点在蛋白两端分布比较密集,中间分布相对较稀疏;3条蛋白的基因在器官的表达具有特异性,在不同生长发育阶段,有不同钾离子通道基因发挥作用。本研究为通过分子技术提高烟叶钾含量和提升烟叶品质奠定理论基础。     

植物水通道蛋白研究综述

植物所有的生长发育过程都与水分传导息息相关,而植物水通道蛋白(AQPs)在维持植物体内水分平衡中有着重要意义。植物水通道蛋白通过改变质膜的水分渗透性促进了水在细胞间的流动。植物水通道蛋白不仅是水选择性通道蛋白,同时还具有许多生理生化功能,是一类多功能蛋白。它在水分及其他物质运输、细胞伸长与分化、气孔运动等生理过程中均扮演着重要角色。植物水通道蛋白基因在植物所有的组织中都能够表达,有些是受环境因子或激素诱导表达的,还有一些是植物组织或器官特异表达的。从结构、生理功能和基因表达等方面综述了植物水通道蛋白研究领域最新进展。     

植物水通道蛋白研究进展

高等植物细胞质膜、液泡膜上存在着丰富的水通道蛋白,它广泛分布于几乎所有器官和组织,并具 有一定的组织特异性。文章介绍了植物水通道蛋白的发现、结构、分类以及近年来在亚细胞定位、基因表达和功能 方面的研究进展,初步探讨了植物水通道蛋冉研究中存在的问题及今后的研究热点。     

水通道蛋白在植物抗逆中的功能及调控研究进展

水通道蛋白是广泛存在的一类膜蛋白,具有转运水和其他小分子的功能,在植物生长发育、逆境适应、气孔运动等方面发挥着重要作用。随着对水通道蛋白研究的逐渐深入,近年来水通道蛋白在植物抗逆中的功能及调控机制研究取得了一系列重要进展。综述了植物水通道蛋白的基本特征、分类、抗逆功能和调控机制。     

植物水通道蛋白调控及其基因功能研究进展

水通道蛋白在维持植物中水和离子平衡、细胞完整性、生长和生存等方面起着至关重要的作用。文章综述了水通道蛋白的结构与亚细胞定位,蛋白功能与调控,基因表达与分析,并初步对水通道蛋白后续的研究进行了展望,以供参考。     

水通道蛋白与高等植物的耐盐性

水通道蛋白是一类特异的、高效转运水及其它小分子底物的整合膜蛋白,在植物中具有丰富的亚型。水通道蛋白通过转录调控、门控机制、聚合调控、重新定位等多种活性调控方式影响细胞膜系统的通透性,参与调节植物的水分吸收和运输。盐害引起渗透胁迫、离子毒害、活性氧胁迫,影响植物生长;水通道蛋白通过多种调控方式,全程参与植物的盐胁迫应答。结合水通道蛋白的功能特征及盐胁迫对高等植物的影响,综述了水通道蛋白在植物盐胁迫应答过程中的功能,并探讨了水通道蛋白研究的重点方向。     

植物水通道蛋白的结构特征及其表达调控

水是生物体的主要组成部分,水在细胞和组织间的进出是所有生物代谢的基础。水通道蛋白形成选择性运输水、小分子溶质及气体的膜通道,在植物生长发育过程中起重要的作用。基因所编码蛋白的结构特征及其表达调控与其行使的功能密切相关。随着越来越多的水通道蛋白基因在高等植物中发现,人们对其结构、调控和功能有了更多了解。就水通道蛋白的分子结构以及表达调控方面的研究进展进行了概述。     

枣树水通道蛋白基因生物信息学分析及原核表达载体的构建

利用生物信息学软件对已获得的枣树水通道蛋白基因cDNA序列ZjPIP2(DDBJ/EMBL/GenBank的注册号为:AB530493)进行了同源性及功能位点等多项参数分析,结果表明,此序列为全长846 bp的开放读码框(ORF),编码281氨基酸,分子量为29.87 kD,理论等电点为8.77;具有膜蛋白(MIP)家族典型的保守氨基酸序列HINPAVTFG和2个NPA保守肽段。序列相似性分析表明,该蛋白与已知的其他12种植物膜蛋白中的水通道蛋白具有极高的同源性,属于水通道蛋白的质膜膜内蛋白PIP2类。三级结构预测表明,其与菠菜(Spinacia oleracea)水通道蛋白(1z98A)有相似的三维结构。以克隆载体pSPORT1携带的枣树水通道蛋白基因cDNA序列为模板,PCR扩增后,经BamHⅠ和SalⅠ消化,与pET28a载体进行重组连接,测序结果显示,其原核表达载体构建成功。此结果为研究枣水通道蛋白基因在植物组织的分布、生物学功能以及可能的活性调节方式奠定了基础。     

植物根部细胞钾离子转运机制及其分子基础

植物根系钾转运机制及其分子基础研究是目前国际植物营养科学的热点之一。本介绍植物根系钾吸收的两个过程－－高亲和力钾转运和低亲和钾运转的力学机制，钾转运机制蝗分子生物学基础及其研究方法。     

Membrane-Potential Alteration During K＋ Uptake of Different Salt-Tolerant Wheat Varieties

K＋ is the most abundant cation in plant cells and plays an important role in many ways.K＋ uptake of plant has respect to its salt resistant capacity.There are two categories of channel transportation for plants to uptake K＋,one is through K＋ channels and the other is through nonselective cation channels（NSCCs）.The transmembrane localization of K＋ may change membrane potential（MP）.In this paper,three wheat varieties with different salt tolerance were selected and the MP was measured by microelectrode during K＋ uptake.The results showed that the effects of K＋ uptake on MP through K＋ channels or NSCCs were distinct.K＋ influx through K＋ channels led to MP hyperpolarization,while K＋ influx through NSCCs resulted in depolarization.Diverse MP alteration of wheat varieties with different salt tolerance was mainly due to NSCCs-mediated K＋ uptake.Compared with the salt-tolerant wheat,the MP hyperpolarization during K＋ uptake of saltsensitive wheat was much more evident,probably because of the cation outflux through NSCCs during this process.     

盐胁迫下植物体内保持高K/Na比率的机制

维持细胞内高K+/Na+比率是植物耐盐的关键因素.近年来已经鉴定与保持K+/Na+比率相关的基因和转运蛋白.这些基因和蛋白在K+与Na+的吸收、转运和排出过程起重要作用,在维持K+/Na+方面起调控功能.文章对植物体在盐胁迫下保持高K+/Na+比率的机制作以综述     

植物根细胞离子通道研究进展

根细胞膜上存在各种离子通道.电生理学的研究表明,根细胞离子通道对于矿质吸收、转运及植物耐盐具有重要作用.该文概述了根细胞K+通道、阴离子通道和各种非选择性阳离子通道的最新研究进展,并对近期有关离子通道和植物耐盐性关系的研究进行了总结.K+通道存在于大多数的植物细胞中,其对K+的选择性远高于其他阳离子,K+通道的存在对于营养元素的吸收,尤其是K+的低亲和性吸收具有重要的意义,同时也为其他离子的出入维持了一个较为稳定的膜电势.阴离子通道激活所引起的质膜去极化可以激发非选择性的阳离子流,在盐胁迫下,可通透Cl的阴离子通道的开放是植物对胞内Cl的一种重要调控机制.由于非选择性的阳离子通道(Non-selective cation channels,NSCCs)的多样性及其对一价阳离子的低选择性,近年来NSCCs的研究受到广泛关注.NSCCs被认为参与了植物多种生理过程,包括营养元素的吸收、膨压控制、胞间转运、信号转导以及毒害离子的吸收,尤其是Na+的吸收.      

盐胁迫对不同小麦品种NSCCs吸钾作用的影响

根据植物对钾的吸收主要通过钾的专性通道和非选择性阳离子通道(NSCCs)2种途径的钾吸收转运机制,利用钾专性通道抑制剂,研究3个耐盐能力不同的小麦品种在盐胁迫下通过NSCCs转移钾的贡献.结果表明:3个小麦品种根系通过NSCCs的钾转移均受到Na~+的影响,耐盐性最强的小麦品种.其通过NSCCs的钾吸收作用受到的影响较小,对盐最敏感的小麦品种受影响最大,其NSCCs对K~+的吸收受到明显抑制,吸钾贡献率大幅下降.     

alpha-Klotho as a regulator of calcium homeostasis

alpha-klotho was identified as a gene associated with premature aging-like phenotypes characterized by short lifespan. In mice, we found the molecular association of alpha-Klotho (alpha-Kl) and Na+,K+-adenosine triphosphatase (Na+,K+-ATPase) and provide evidence for an increase of abundance of Na+,K+-ATPase at the plasma membrane. Low concentrations of extracellular free calcium ([Ca2+]e) rapidly induce regulated parathyroid hormone (PTH) secretion in an alpha-Kl- and Na+,K+-ATPase-dependent manner. The increased Na+ gradient created by Na+,K+-ATPase activity might drive the transepithelial transport of Ca2+ in cooperation with ion channels and transporters in the choroid plexus and the kidney. Our findings reveal fundamental roles of alpha-Kl in the regulation of calcium metabolism.     

A component of calcium-activated potassium channels encoded by the Drosophila slo locus.

Calcium-activated potassium channels mediate many biologically important functions in electrically excitable cells. Despite recent progress in the molecular analysis of voltage-activated K+ channels, Ca(2+)-activated K+ channels have not been similarly characterized. The Drosophila slowpoke (slo) locus, mutations of which specifically abolish a Ca(2+)-activated K+ current in muscles and neurons, provides an opportunity for molecular characterization of these channels. Genomic and complementary DNA clones from the slo locus were isolated and sequenced. The polypeptide predicted by slo is similar to voltage-activated K+ channel polypeptides in discrete domains known to be essential for function. Thus, these results indicate that slo encodes a structural component of Ca(2+)-activated K+ channels.     

Hyperpolarizing vasodilators activate ATP-sensitive K+ channels in arterial smooth muscle

Vasodilators are used clinically for the treatment of hypertension and heart failure. The effects of some vasodilators seem to be mediated by membrane hyperpolarization. The molecular basis of this hyperpolarization has been investigated by examining the properties of single K+ channels in arterial smooth muscle cells. The presence of adenosine triphosphate (ATP)-sensitive K+ channels in these cells was demonstrated at the single channel level. These channels were opened by the hyperpolarizing vasodilator cromakalim and inhibited by the ATP-sensitive K+ channel blocker glibenclamide. Furthermore, in arterial rings the vasorelaxing actions of the drugs diazoxide, cromakalim, and pinacidil and the hyperpolarizing actions of vasoactive intestinal polypeptide and acetylcholine were blocked by inhibitors of the ATP-sensitive K+ channels, suggesting that all these agents may act through a common pathway in smooth muscle by opening ATP-sensitive K+ channels.     

植物体内硫的运输与同化的研究进展

硫作为继氮、磷、钾之后的第4个重要营养元素,是植物生长和生理功能的必须元素。硫在植物体内的吸收运输和同化代谢对植物生长发育、产量和品质、耐逆性和抗病虫等都具有重要意义。文章综述了近年来植物体内硫的运输与同化以及硫酸盐吸收和同化通道的调节等方面的研究进展,并就今后的研究方向和重点提出建议。     

过表达胡杨PeRIN4基因拟南芥提高质膜H+-ATPase活性和耐盐性

本文克隆了RIN4(RPM1-interacting protein 4)在胡杨中的同源基因PeRIN4,并在拟南芥中进行过表达,通过研究转基因株系的耐盐表型、质膜H+-ATPsae活性及H+ 、Na+、K+等的动态离子流,揭示了PeRIN4基因在植物响应和适应盐胁迫环境中的作用。利用定位载体pGreen0029-PeRIN4-GFP瞬时转化拟南芥叶肉细胞原生质体的方法,对胡杨PeRIN4蛋白进行亚细胞定位,发现该蛋白定位在细胞的胞质中。耐盐表型实验结果显示,在100 mmol/L NaCl处理下,拟南芥PeRIN4过表达株系(OE1和OE8)的生存率和根长均明显高于野生型(WT)和转空载体拟南芥(VC),说明PeRIN4基因能够提高拟南芥的耐盐性。与WT和VC相比,拟南芥PeRIN4过表达株系质膜H+-ATPsae的活性较高。动态离子流数据显示,在盐胁迫下,PeRIN4过表达株系外排H+和Na+ 离子的能力强于野生型和转空载体拟南芥,然而K+的外流却弱于WT和VC。因此,PeRIN4蛋白具有调节质膜H+-ATPsae活性的功能。拟南芥质膜H+-ATPsae活性的提高主要有两方面的作用:一是可以增强H+泵的质子动力势,驱动Na+/H+逆向转运蛋白,提高Na+外排的能力;二是抑制质膜的去极化,减少K+离子通过去极化激活的外向型K+通道(DA-KORCs)和非选择性阳离子通道(DA-NSCCs)外流,维持了K+/Na+平衡,从而提高PeRIN4转基因拟南芥的耐盐性。