[发明专利]拟南芥钾离子转运体基因的植物表达载体及其应用

说明书

技术领域

    本发明属于植物工程领域，具体涉及一种钾离子转运体基因AtKUP1的植物表达载体pK2-35S-AtKUP1，其构建方法及其在转基因作物中的应用。 

背景技术

钾是植物生长过程中需要的重要营养元素之一，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。缺钾会影响多种代谢过程，包括光合作用、蛋白生物合成、渗透调节、膨压的驱动，以及维持膜电势等。近年来，人们对植物吸收利用钾的生理机制和遗传机制进行了较为深入的研究，发现植物体内K⁺吸收过程主要是通过两个机制进行的，一种是在高钾离子浓度(1-10 mmol/L)下由钾离子通道参与的低亲和性吸收机制，另一种是在低钾离子浓度(1-200 μmol/L）下由钾离子转运体介导的高亲和性吸收机制。目前已从多种植物中克隆出多个编码K⁺通道及K^＋转运体的基因。从植物体中克隆得到的K^＋转运体根据其同源性可分为三个家族：KT/HAK/KUP家族，TRK/HKT家族和阳离子质子反向转运体（CPA）家族。 

植物体中的TRK/HKT家族一方面参与K⁺运输，另一方面与Na⁺运输以及盐耐受性相关。植物中第一个克隆到的HKT/Trk基因是小麦的TaHKT1，它一方面介导K⁺运输（Schachtman D.P.和Schroeder J.I.,1994)，另一方面参与K⁺-Na⁺同向转运（Rubio F., Gassmann W., Schroeder, J.I., 1995-1996）。在水稻中发现的多个HKT/Trk转运体中OsHKT2与TaHKT1一样，编码K⁺：Na⁺同向转运体蛋白，而OsHKT1与拟南芥AtHKT1功能类似，单向介导Na⁺运输（Horie T., et al. 2001; Garciadeblas B., et al. 2003）。 

CPA是广泛存在的一类反向转运体家族，除植物外，它还普遍存在于真菌、动物和细菌中。最初发现它是做为Na⁺/H⁺反向转运体参与盐胁迫过程，后期研究证明有几个CPAs参与K⁺运输。CPA包含两个亚家族：CPA1和CPA2。首先鉴定出的CPA1成员是拟南芥AtSOS1，这是一个质膜Na⁺/K⁺反向转运体，对盐胁迫非常敏感（Gong D., et al. 2004），后来又陆续鉴定出了AtSOS2（Qiu Q.S., et al. 2004）和AtNHX8（An. R., et al. 2007）。随后，在日本牵牛花(Ohnishi M., et al. 2005）和水稻（Blumwald E., et al. 1985）中也发现了类似的K⁺/H⁺和K⁺/Na⁺的反向转运体。对于CPA2转运体，主要包括拟南芥中发现的6个成员：AtKEA1-6（K^＋exchange antiporter），参与钾离子装载过程；拟南芥AtCHX17（Cellier F., et al. 2004）和马铃薯LeNHX2（Venema K., et al. 2003），参与维持盐胁迫下的K⁺动态平衡以及pH值的调控。