水稻钾离子通道OsAKT1的生理功能及分子调控机制研究

OsAKT1是从水稻中克隆的钾离子通道基因，与之前被深入研究的拟南芥钾离子通道AKT1具有很高的序列相似性。目前国际上对于OsAKT1在水稻体内的生理功能研究尚未有报道。本项目小组前期的研究结果显示水稻Osakt1突变体在低钾条件下表现出叶片褐斑的缺钾症状，并且出现抽穗少、结实率低的表型。推测OsAKT1可能在水稻根中起钾营养吸收的作用，并可能通过控制水稻植株的钾营养状况来影响水稻产量。本项目拟综合利用分子遗传学、植物电生理学（膜片钳与电压钳）、蛋白质生物化学、细胞生物学、植物营养学等理论与技术方法，深入分析研究OsAKT1在水稻体内参与钾营养吸收和转运的作用，以及OsAKT1活性调控的分子机制。通过此项研究，有可能逐步阐明控制水稻钾营养效率性状和产量性状的生理及分子遗传调控机制。

本实验室前期研究发现，AKT1是拟南芥根中控制钾离子吸收的重要通道蛋白，它的通道活性受上游钙感受器蛋白CBL1/9和蛋白激酶CIPK23的控制。前期工作已经证明CBL1/9-CIPK23-AKT1这条分子调控通路在控制拟南芥钾吸收方面起着极其重要的作用。OsAKT1是水稻中与AKT1同源性最高的钾离子通道蛋白，因此我们推测OsAKT1的主要生理功能可能与拟南芥AKT1类似。OsAKT1可能介导水稻根细胞从土壤中吸收钾离子，控制水稻的钾营养性状，最终影响水稻的产量和品质。本项目综合利用分子遗传学、植物电生理学、蛋白质生物化学、细胞生物学和植物营养学等理论与技术方法，深入分析研究了OsAKT1在水稻体内的生理功能和调控机制。研究发现，OsAKT1主要分布在水稻根细胞中，定位在根细胞质膜上，负责从土壤中吸收钾离子。OsAKT1的功能缺失直接导致水稻根部钾离子吸收显著减少，并造成叶片发黄、植株矮小以及产量降低的生理表型。此外还发现，OsAKT1的通道活性还受到上游钙感受器OsCBL1和蛋白激酶OsCIPK23的调控。因此我们证明，在水稻中也存在和拟南芥中类似的OsCBL1-OsCIPK23-OsAKT1钾营养分子调控通路。通过此项研究，我们逐步阐明了控制水稻钾营养效率性状和产量性状的生理及分子遗传机制，这将为改良和培育具有钾营养高效性状的水稻品种提供科学依据和技术支持。本项目研究共发表SCI论文2篇，申请发明专利2项，培养博士生2人，培养硕士生1人。