[发明专利]桑树钾离子通道相关基因MaKCO5及其应用

说明书

本发明公开了桑树钾离子通道相关基因MaKCO5及其应用，所述基因的序列为SEQ ID NO.1，所述基因编码的蛋白序列为SEQ ID NO.2。本发明所述桑树钾离子通道相关基因MaKCO5的克隆完善了桑树基因组数据库；本发明所述桑树钾离子通道相关基因MaKCO5及其编码的蛋白可作为桑树处于的钾浓度和/或非生物胁迫条件的标志物。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，涉及一种标志物及其应用，具体为桑树钾离子通道相关基因MaKCO5及其应用。

背景技术

钾是植物生长发育所必需的大量元素之一,而且也是唯一一种植物所需的以较高浓度存在的阳离子,占植物总干重的10％左右。钾作为一种大量元素,参与植物体很多重要的生理功能,如植物的氮代谢、脂肪的代谢及蛋白的合成、渗透调节、中和阴离子的负电荷、控制细胞膜的极化等等。钾在植物中几乎都呈离子状态，部分在细胞质中处于吸附状态。为了适应土壤中不断变化的钾离子含量及应付其它形式的胁迫，植物必须在整体水平和细胞水平上严格控制钾离子的转运。

离子通道中，K⁺通道是最庞大的家族，根据不同的标准可分为不同的类别。从生物学角度，依据结构和功能的不同K⁺通道可分为三大类:Shaker家族通道、KCO通道和其他通道。KCO通道即钾通道(K⁺channel)、钙激活的(Ca²⁺activated)和外向整流(outward-rectifying)的缩写，是1997年通过基因数据库搜索动物K⁺通道新的植物对应物时所鉴定。植物KCO通道可分为具有4个TMS、2个孔道区域的KCO-2P亚族和2个TMS、1个孔道区域的KCO-1P亚族两类。KCO通道不具有电压感受器功能的TMS,在孔道区有K⁺高通透性的特征基序。推测多数KCO在胞质侧的C末端有Ca²⁺结合位点-EF手型结构域(EF hand motif)。在功能方面,KCO钾通道可能均为外向整流钾通道。但最近的研究表明,该家族中的某些成员并不行使外向整流通道的功能(如At KCO4),因此这个家族又命名为孔连续的通道(tandem-pore K⁺,TPK),EF手型结构域的存在是植物KCO通道的一个独特特点。

目前，KCO通道已有广泛研究，在拟南芥中,KCO-2P家族具有5个成员(KCO1、KCO2、KCO4、KCO5和KCO6),而KCO-1P家族只有一个成员(KCO3)，其中只有KCO1得到了鉴定。KCO1是Czempinski等从植物细胞中筛选出的具有外向性K⁺转运作用的第一个K⁺通道蛋白,也是从拟南芥中鉴定出来的第一个两孔钾通道。它是以Shaker通道的P结构域的保守序列为探针,从拟南芥的EST数据库中筛选出的。KCO1是一种新型K⁺通道,它具有2个P结构域、4个跨膜结构域(片段)。异源表达表明,KCO1能够向外转运K⁺并且依赖于胞质中的Ca²⁺,随后证实KCO1中能够结合Ca²⁺的EF模体存在C末端。KCO1在整个植株中都有表达,不仅能在叶片和花中表达,也能在幼苗中表达,但表达较低。Fox和Guerinot在亚细胞水平上,把它被定位在液泡膜上,调查表明KCO1失活只对叶肉外向整流缓慢液泡离子流有贡献,而对快速液泡离子流没有影响。在拟南芥KCO/TPK家族中,At KCO1及At KCO6在根及叶中有强烈的表达,At TPK4在质膜上发挥功能,它可能在花粉管生长过程中参与K⁺及膜电位平衡的调节,最近克隆出的该类通道基因有:雨树的SPOCK1,马铃薯的St KCO1α和St KCO1β等。

不同钾条件下，MaKCO5基因的转录水平均有变化。同种钾源不同浓度，同种浓度不同钾源，对植物生长与发育都有一定影响。非生物胁迫干旱、低温和高盐的条件下，MaKCO5基因的相对表达量也均有不同程度的变化。