蜈蚣草 Shaker 钾通道家族全基因组鉴定及功能表征:揭示其在钾吸收与耐盐性中的独特作用

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC) 2.3

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  Shaker K?通道对植物钾稳态和胁迫适应至关重要,但草类研究有限。本研究对园林植物蜈蚣草开展 Shaker K?通道全基因组分析,鉴定出 7 个基因,发现 EoKAT1 和 EoKAT2 具钾吸收功能,且 EoKAT1 可增强耐盐性,为提升植物钾利用和耐盐性提供新靶点。

  
Shaker K?通道(K? channel)在植物钾(K?)稳态维持和胁迫适应中发挥关键作用。目前相关研究主要集中于拟南芥等模式植物及农作物,而禾本科植物中 Shaker K?通道家族的研究仍较为有限。鉴于禾本科植物中该基因家族可能具有独特特征,本研究对广泛用于园林绿化的蜈蚣草(centipedegrass)开展了全基因组水平的 Shaker K?通道家族分析。研究共鉴定出 7 个 Shaker K?通道基因,它们不均匀地分布在 5 条染色体上。值得注意的是,蜈蚣草中该家族成员数量少于其他物种,这是由于其缺乏 III 和 IV 亚家族。基因结构变异表明这些基因具有功能多样性。在缺钾酵母中的功能分析显示,仅有 EoKAT1 和 EoKAT2 表现出钾吸收能力,且 EoKAT1 的吸收能力显著高于 EoKAT2。令人惊讶的是,EoAKT1 未能显示出钾吸收功能,这与其他物种中的同源基因形成对比。酵母耐盐性实验进一步表明,EoKAT1 显著增强了细胞的耐盐性,而 EoKAT2 则没有作用,这一结果与其钾吸收能力的差异一致。EoKAT1 和 EoKAT2 具有共线性关系,但其在钾吸收、耐盐性和启动子元件方面的差异表明它们存在功能分化,这可能使其能够对不同的环境作出响应。亚细胞定位证实 EoKAT1 定位于质膜(plasma membrane)。总体而言,本研究揭示了蜈蚣草中 Shaker K?通道家族不同于其他物种的独特特征,EoKAT1 有望成为改善植物钾利用和盐胁迫抗性的候选基因。

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