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钾离子是植物体内含量最多的金属元素,占细胞干重的2%以上。钾离子流动性极强,是重要的渗透调节物质,在植物的生长、发育、抗逆等过程中起着重要作用。土壤中的钾含量仅为植物体内的1%左右,且植物体内各器官对钾离子的需求不同,这就需要各种钾离子转运蛋白协同发挥作用,吸收和转运钾离子,来维持体内钾离子的稳态,从而确保植物的生长发育可以正常进行。小麦是我国重要的粮食作物,缺钾会引起小麦的产量降低、品质下降,耐逆性减弱。而我国大部分耕地缺钾,因此研究小麦的钾离子吸收机理有十分重要的意义。目前对模式植物拟南芥的研究表明,低钾环境下,AtAKT1蛋白是介导钾离子吸收的主要蛋白之一,且AtCIPK23可以调控AtAKT1,促进钾离子吸收。本实验克隆了小麦TaAKT1、TaCIPK23基因,并借助酵母突变体WΔ3,探究小麦TaAKT1的功能以及调控途径。1利用同源克隆方法从小麦中克隆了TaAKT、TaCIPK23基因。TaAKT1编码区全长2691 bp,编码897个氨基酸,分子量100.92 kD,等电点为7.63。TaCIPK23编码区全长为1362 bp,编码453个氨基酸;生物信息学分析结果表明小麦TaAKT1蛋白与大麦HvAKT1、二穗短柄草BdAKT1、水稻的OsAKT1蛋白具有较高的同源性,分别为97.22%、86.5%、76.03%;与拟南芥AtAKT1有60.55%的同源性。2用实时荧光定量PCR技术研究了小麦TaAKT1基因表达的组织特异性及在缺钾环境下的表达模式,结果表明,TaAKT1基因的表达有组织特异性,主要在根部表达,低钾可以诱导小麦根部TaAKT1上调表达,对叶部TaAKT1表达量无显著影响。3采用PEG热激法,将TaAKT1转入酵母突变体WΔ3,在含有不同浓度KCl的AP培养基上进行酵母互补功能实验;WΔ3缺失了内源高亲和钾离子吸收载体TRK1、TRK2,在低于10 mM KCl的AP培养基上不能正常生长;结果显示,转入TaAKT1的WΔ3能在在含较低钾离子浓度(5 mM)KCl的AP培养基上生长,而转空载体WΔ3在此培养基上生长严重受抑制,说明TaAKT1具有介导钾离子吸收的功能。4将TaAKT1与TaCIPK23共同转入WΔ3,发现仅含TaAKT1的WΔ3在含60 μM KCl的AP培养基上不能生长,而同时转TaAKT1与TaCIPK23的酵母可以在在含60μM KCl的AP培养基中生长,说明TaCIPK23具有激活TaAKT1的作用,可以增强TaAKT1介导钾离子吸收的能力。本研究克隆了TaAKT1基因,对其进行了生物信息学分析。TaAKT1与大麦等其他植物的钾离子通道蛋白氨基酸序列相似,属于钾离子通道蛋白。TaAKT1的表达具有组织特异性,主要在小麦根部表达;低钾环境下,小麦根部的TaAKT1上调表达,叶部的TaAKT1表达量无显著变化。酵母功能互补实验表明小麦TaAKT1具有介导钾离子转运的能力,可以促使钾离子的吸收。TaCIPK23可以增强TaAKT1的钾离子吸收能力。