小鼠耳芥K+/H+逆向转运蛋白KEA基因家族的鉴定、特征及缺钾胁迫表达分析

郭力,金玉环,刘丹青,李永光,黄先忠,2*

(1 石河子大学生命科学学院/特色植物基因组学实验室,新疆 石河子 832003;2 安徽科技学院农学院/作物生物技术研究中心,安徽 凤阳 233100)

K+是植物细胞中最丰富的阳离子,占植物干重的2%～10%。它通过参与跨膜运输、酶激活、阴离子中和、光合作用、渗透调节、气孔运动等生理过程[1]来调控植物的生长发育和胁迫响应。在拟南芥(Arabidopsisthaliana)[2]、梨 (Pyrusbretschneideri)[3]、小麦 (Triticumaestivum)[4]、萝卜 (Rapha-nussativus)[5]等植物中,KEA家族的鉴定和特征分析已被广泛报道。KEA家族来源于细菌受谷胱甘肽调节的K+外向转运蛋白 (glutathione-regulated K+efflux transporters) KefB和KefC,具有N端K+/H+exchanger结构域和C端TrkA-N结构域[6]。模式植物拟南芥KEA家族包含6个基因AtKEA1-6,其中At-KEA1-3与细菌的EcKefB/EcKefC高度相似,都拥有完整的TrkA-N结构域;AtKEA4-6与蓝藻序列具有高度同源性,均缺少了TrkA-N结构域。KEA基因在维持植物体内K+动态平衡和渗透调节中起主要作用[7-8]。

AtKEA1、AtKEA2定位在叶绿体并在植物生长、发育及生理过程中发挥重大作用。kea1kea2双突变体的生长发育迟缓,叶片呈淡绿色,叶绿体肿胀,类囊体减少[9],细胞中的叶绿体数量减少30%。水稻AM1(AtKEA1同源基因) 参与叶绿体发育,与野生型相比am1突变体的叶绿体超微结构发生明显改变[10]。AtKEA3定位在叶绿体类囊体膜上,调节腔内和基质的pH稳态,kea3突变体表现出pH增加[9]。AtKEA1-3在一定程度上维持了叶绿体的pH、渗透和K+平衡。AtKEA4、AtKEA5、AtKEA6蛋白分别定位于高尔基体 (Golgi)、反面高尔基体网络 (trans-Golgi network,TGN)和多囊泡体/液泡前体 (multivesicular body/prevacuolar compartment,MVB/PVC),它们通过调节内膜的pH,从而参与蛋白质运输、定位以及维持离子稳态等[11]。

十字花科早春短命植物小鼠耳芥 (Arabidopsis pumila) 生长在荒漠特殊环境,具有一些独特的生物学特性,如较耐旱耐盐、光合力强、繁殖率高、生活周期短、结实量大,且有一定表型可塑性等[12]。……