《擬南芥低鉀敏感基因LKS2的克隆及生理功能研究》是依託中國農業大學，由王毅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：擬南芥低鉀敏感基因LKS2的克隆及生理功能研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：王毅
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鉀是植物生長發育所必須的礦質元素。然而土壤中鉀元素的缺乏，已經是目前植物遭受的主要逆境脅迫之一。研究表明，植物的鉀營養效率受到多種功能基因的調控。通過遺傳手段改造這些基因，可以顯著提高植物的鉀營養效率、增強植物對低鉀脅迫的耐受性。本實驗室前期研究工作已經篩選獲得一個擬南芥低鉀敏感突變體lks2。該突變體在低鉀條件下表現出冠部發黃的敏感表型，並且lks2中鉀元素從根部到冠部的轉運也受到抑制。推測LKS2基因在擬南芥鉀營養吸收、轉運調控中起到重要作用。本項目擬綜合利用植物生理學、生物化學、電生理學、細胞生物學、分子遺傳學等多種理論與方法，克隆LKS2基因；分析LKS2的生理功能；闡明LKS2控制擬南芥鉀吸收、轉運的分子調控機制。此項研究的預期成果，可能為進一步利用基因工程手段改良植物鉀營養性狀提供理論基礎和實驗依據。
結題摘要
鉀和氮是植物生長發育所必需的礦質營養元素。長期的農業生產實踐早已證明，按適當比例施用鉀肥和氮肥可以顯著提高肥料的吸收利用效率。然而，長久以來植物協同吸收利用鉀和氮的分子機制仍不清楚。本實驗室前期篩選擬南芥EMS誘變群體獲得低鉀敏感突變體lks2。圖位克隆結果顯示，lks2中硝酸根轉運體基因NRT1.5/NPF7.3發生突變。低鉀移苗實驗結果顯示，與野生型相比，lks2和nrt1.5突變體表現出冠部提前發黃、根部持續生長的低鉀敏感表型。鉀離子含量測定結果顯示，無論在正常條件還是低鉀條件下，nrt1.5、lks2冠部的K+含量都較野生型顯著降低，而根部K+含量則較野生型顯著升高，說明K+在突變體根部積累而不能被轉運至冠部。硝酸根含量測定結果顯示，在突變體中NO3-的分布也呈現出根部高冠部低的特點。進一步檢測發現，nrt1.5和lks2突變體木質部傷流液中K+和NO3-含量都顯著低於野生型，表明NRT1.5參與調控K+和NO3-由根部向冠部協同運輸的生理過程。離子依賴性實驗結果顯示，nrt1.5和lks2突變體冠部發黃的敏感表型只依賴於外界的低鉀條件，而並不依賴於外界的NO3-濃度。利用非洲爪蟾卵母細胞異源表達系統分析NRT1.5的離子轉運功能，結果顯示NRT1.5可以直接介導細胞內的K+向細胞外轉運，並且NRT1.5向細胞外轉運K+的活性依賴於胞外的酸性條件，而不依賴於胞內外的NO3-濃度，說明NRT1.5作為一個H+/K+反向轉運體向細胞外轉運K+。進一步研究顯示，來自玉米和水稻中的NRT1.5同源蛋白都具有外向轉運K+的活性。本項目研究結果表明，擬南芥NRT1.5作為一個重要的轉運蛋白調控K+和NO3-從木質部薄壁細胞向木質部裝載的生理過程。NRT1.5及其同源蛋白可能是植物中一類新的K+轉運蛋白，並可能參與調控植物體內K+和NO3-的協同運輸過程。本項目的研究結果對於認知植物協同吸收利用鉀和氮的分子調控機制具有重要意義，也為將來利用分子遺傳手段改良作物鉀和氮的養分吸收利用效率提供了重要的理論依據。
