植物钾离子通道的分子生物学研究进展

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1、植物钾离子通道的分子生物学研究进展闵水珠(浙江大学生命科学学院，浙江杭州，310029)摘要：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，Ktrrl，KIll，KZM1，ZMK2等)和外向整流型钾离子通道基因(如CORK，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。关键词：钾离子通道；结构；基因中图分类号：Q945；Q735文献标

2、识码：A文章编号：1004—1524(2005)03—0163—07TheprogressonthemolecularbiologyoftheKchannelsinplantsMGShui—zhu(Co／egeofLifeScience，慨University，Ha．~hou310029，China)Abstract：TifsreviewsummarizedrecentprogressesonmolecularbiologyofKchannelsinplants，includingstructureandtheirelevantgenesinspecialty．Thelat

3、terisdividedintoinward-rectifyingKchannel(Kin)genes(OsAKT1，DKT1，KFrl，KDC1，KZM1，ZMK2，etc．)andoutward-~tifyingKchannel(Kout)genes(CORK，FIDRK，STORK，etc．)．Thepossibilityofimprovingpotassiumnutritionofplantbybioengineeringisalsodiscussedinthispaper．Keywords：Kchannel；structure；gene离子通道(ionchanne

4、1)是跨膜蛋白，每个蛋白分子能以高达l08个／秒的速度进行离子的被动跨膜运输，离子在跨膜电化学势梯度的作用下进行的运输，不需要加入任何的自由能。一般来讲，离子通道具有两个显著特征：一是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过开关应答相应的信号。根据门控机制，离子通道可分为电压门控、配体门控、压力激活离子通道。二是通道对离子的选择性，离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。根据通道可通过的不同离子，可将离子通道分为钾离子(potassiumion，K)通道、钠离收稿日期12005—01—25作者简介：闵水珠(1950一)，女，浙江湖州人，

5、主要从事植物化学研究。子(natriumion，Na)通道、钙离子(calciumion，Ca2)通道等。其中，K通道是种类最多、家族最为多样化的离子通道，根据其对电势依赖性及离子流方向的不同，可把K通道分为两类：①内向整流型K通道(inwardrectifierKchannel；Kin)，②外向整流型K通道(outwardrectifierKchannel；Kout)。K是植物细胞中含量最为丰富的阳离子，也是植物生长发育所必需的唯一的一价阳离子，它在植物生长发育过程中起着重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K通道，这一点早在20世纪6o年代植物营养学界就有人提出

6、，而一直到80年代才被Schroeder等人[23证实，他们利用膜片钳(patchchmp)技术，首先在蚕豆(V／c／afaba)的保卫细胞中检测出了K通道维普资讯http://www.cqvip.com·164·浙江农业学报第l7卷(2O05)的存在。后来，人们又陆续在其它植物及细胞中发现了多种类型的K通道。1钾离子通道的结构单个钾离子通道是同源四聚体，4个亚基(subunit)对称的围成一个传导离子的中央孔道(pore)，恰好让单个K通过。对于不同的家族，g4"亚基有不同数目的跨膜链(membrane。span。ningelement)组成。两个跨膜链与它们之间的P_回

7、环(porehelixloop)是K通道结构的标志(2TM／P)，不同家族的K通道都有这样一个结构。电压门控K通道在2TM／P之前有四条跨膜链(Sl—S4)，使得通道具有感受并响应膜电位的能力(sensor)。S4跨膜链每隔两个残基就有一个带正电荷的精氨酸或赖氨酸，其他位置都是疏水性残基，正是这些特殊结构使得S4片段在门控过程中起着重要的作用(图1)。目前从植物体中发现的K通道几乎全是电压门控型的，如保卫细胞中的K外向整流通道等，其结构模型如图2一a所示。离子通透过程中离子的选择性主要发生在狭窄的选择性过滤器(se