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    我会理事、中国科学院南京土壤所苏彦华研究员课题组在水稻钾离子通道的自然变异与生理功能的研究方面取得进展
    发布时间:2021-10-22 11:40:18  浏览次数:

    我会理事、中国科学院南京土壤所苏彦华研究员课题组在水稻钾离子通道的自然变异与生理功能的研究方面取得进展

    近日,我会理事、中国科学院南京土壤所苏彦华研究员课题组在Plant Physiology上发表了题为“The rectification control and physiological relevance of potassium channel OsAKT2”的研究成果。该研究通过对水稻基因组中的同源钾通道OsAKT2的分析发现,与拟南芥等植物中的典型AKT2通道基因相比,OsAKT2的膜电位感应区(S4跨膜区)中编码精氨酸R的碱基发生了由AGAAAG的序列顺序置换,而导致该氨基酸变异为赖氨酸K。通过蛙卵双电极电压钳电生理技术进行了系统的功能解析,证明水稻OsAKT2明显不同于典型的双向整流型AKT2钾通道,其主要介导K+的吸收(内流)而缺失了该型通道的标志性特征—K+外排(外流)活性,且OsAKT2通道的行为表现出强烈的电压依赖性。通过定点突变技术消除OsAKT2中的上述氨基酸变异(即K191R点突变),通道随即恢复了与典型AKT2类通道相同的双向整流性;而将拟南芥AtAKT2的对应氨基酸R改变为K,则其原有的外排活性丧失。由此可见水稻OsAKT2功能的改变来源于其K191氨基酸编码序列的物种变异—K191特异性氨基酸的变异锁住了OsAKT2的K+外排活性(图1)。同时,OsAKT2所缺失的K+外排活性可被OsCBL1/OsCIPK23复合磷酸化过程部分激活(图2)。该文揭示了水稻OsAKT2钾通道功能的这一结构性锁定—磷酸化解锁机制。进一步利用AKT2功能缺陷型拟南芥akt2突变体作为工具,证实了水稻OsAKT2通过该位点的自然变异而强化其韧皮部K+回流的功能(图3)。

    该研究得到国家重点研发专项和国家自然科学基金的资助。苏彦华研究员为文章通讯作者,博士生黄亚楠为文章第一作者。

    1. 特异性K191氨基酸的存在将OsAKT2通道的活性锁定在仅介导K+吸收的状态

    2. OsAKT2的K+外排活性可被OsCBL1/OsCIPK23磷酸化机制部分解锁

    3. OsAKT2介导地上韧皮部K+的装载和再循环

    学会秘书处


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