[发明专利]梨保卫细胞钾离子吸收通道基因PbrKAT1及其应用

说明书

本发明公开了梨保卫细胞钾离子吸收通道基因PbrKAT1及其应用，该基因为具有如SEQ ID No.1所示核苷酸序列的DNA分子，或与SEQ ID No.1具有85％以上同源性，且编码调节植物保卫细胞中钾离子吸收转运及抗盐相关蛋白的DNA分子。本发明提供的梨保卫细胞钾离子吸收通道基因PbrKAT1，经电生理学功能验证具有吸收转运钾离子及受到胞外钠离子抑制的特性。本发明提供的PbrKAT1基因为调控植物钾离子的吸收转运，调控气孔保卫细胞的运动，提高植物耐盐性，有利于植物抗盐机制的研究，从而降低农业生产成本，提高农业经济效益。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，涉及梨保卫细胞钾离子吸收通道基因PbrKAT1及其重组表达载体构建和在调控植物保卫细胞钾离子吸收能力方面的应用。

背景技术

钾离子是植物细胞中含量最丰富的阳离子，它不仅是植物重要的营养物质，而且还参与调节植物生长发育过程中的基本生理特性，如调控保卫细胞的膨压，从而控制细胞扩张和保卫细胞的运动(Szczerba et al.2009)。近十年来，人们对植物根系钾离子吸收和转运的分子机制进行了深入研究，因此，已经在分子水平上鉴定到了许多钾离子通道基因( et al. 2001)。其中Shaker家族钾离子吸收转运通道已经被证明参与多种组织和细胞的钾离子吸收转运以及对钾离子特异性选择吸收的功能。它们在植物吸收转运钾离子的过程中扮演了重要的角色，如土壤中钾离子的吸收，根系中钾离子向植物地上部的运输，钾离子的再分配，以及调控气孔中保卫细胞的运动等(Lebaudy et al.2007)。

Shaker钾离子通道是植物研究最早的通道之一，随着电生理技术的出现，研究人员在拟南芥中克隆出第一个钾离子通道基因AKT1，并且研究了其功能特性，发现该基因具有高度的组织表达特异性，主要在根系中表达(Sentenac et al.1992)。此外，在水稻中研究发现，在盐胁迫条件下，OsAKT1通道对钾离子吸收起了重要作用(Ines et al.2005)。随后，人们在玉米(Bauer et al.2000)、烟草(Guo et al.2008)、胡萝卜(Bregante etal.2008)等物种中分别克隆了 Shaker家族的钾离子通道，并且对其功能特性进行了研究。KAT1几乎是同时与AKT1从拟南芥中筛选并克隆出的一种向内整流钾离子通道基因，其表达也具有较强的组织特异性，其主要在叶片保卫细胞中表达(Pilot et al.2001)。研究还表明，KAT1主要功能与外向整流钾离子通道GORK协调作用，调节气孔的运动(Eisenach etal.2014)。此外，KAT1在气孔保护细胞中被脱落酸磷酸化，对钾离子的吸收具有高度选择性(Sato et al.2010)。

土壤中高盐度是作物生长发育过程中最重要的非生物胁迫之一。钠离子能够干扰钾离子转运和细胞溶质的正常功能，是这种应激反应的主要组成部分(Qi and Spalding2004)。细胞溶质中保持着高K⁺:Na⁺浓度比的能力在植物耐盐方面起着重要作用。研究显示，在水稻细胞中过表达内向钾离子通道基因可能会提高水稻的耐盐性(Obata et al.2007)。然而，钾离子通道基因在耐盐方面的分子机制还尚未了解。

梨作为一种重要的经济作物，生长在温热带地区；是一种非常受欢迎的水果，因为它们果肉细腻香甜。果实中钾离子的含量与糖含量呈正相关，钾肥的施用能够显著提高果实的产量和品质。然而，在梨中还没有确定钾离子吸收转运的相关基因以及梨中钾离子通道基因在植物耐盐性上的作用也没有报道。因此，本研究开展关于果树中钾离子吸收转运的基因克隆以及功能研究，研究结果为梨树钾离子吸收转运的分子机制研究奠定了基础，同时也为以后果树抗盐胁迫能力方面提供了新的见解，对提高果树的经济效益具有重要的意义。

参考文献：