植物钾离子通道的分子生物学研究进展

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 ，KIl l ，KZM1，ZMK2

等) 和外向整流型钾离子通道基因(如CORK ，PTOR K ，STOR K

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

文献标识码：A

文章编号：1 004 —1 524(2005)03—01 63—07

T he progress on the m olecular biology of t h e K

channels in plants

M

G Shui— zhu

( Co／e ge o f Li fe Science ，

慨

Un ive rsity ，Ha．~ hou 310029 ，China )

A bstract ：Tif s review summar i zed recent progresses on molecular biology of K

channels in plants ，including structure and

their elevant genes in specialty．The latter is d i v i ded into inward-rectifying K channel(K in) genes(OsAKT 1，DKT1，

KFrl ，KDC1，KZM1，ZMK2，etc．) and o utward-~ tifyin g K channel(K out) gene s (C O R K ，FIDR K ，STOR K ，etc．) ．The

possibilit y of impr o v i n g potassium nutr i tion of pla n t by bioengineerin g is also d i scussed in this paper．

K ey words ：K

channel；structure ；gene

离子通道(ion channe1) 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(po tassium ion，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，主要从事植物化学研究。

子(natrium ion，Na )通道、钙离子(calcium ion，

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(inward rectif i er K channel ；K

in) ，②外向整流型K 通道(outward rectif i er K

channel；K out) 。

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，而一直到80 年代才被Schro eder 等人[23证

实，他们利用膜片钳(patch chmp)技术，首先在蚕

豆( V／c／afaba )的保卫细胞中检测出了K 通道

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浙江农业学报

第l7 卷(2O 05)

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

(subu nit)对称的围成一个传导离子的中央孔道

(p ore) ，恰好让单个K 通过。对于不同的家族，

g 4 "亚基有不同数目的跨膜链( m embrane。span。

ning elem ent)组成。两个跨膜链与它们之间的P_

回环( p o r e helix loop) 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