淡水原生生物和藻类生存在相对低渗的环境中。为了应对从外界环境顺着渗透差流入细胞胞浆的多余水分,很多原生生物体内进化出伸缩泡用以调节渗透。伸缩泡可周期性地收集胞浆中多余的液体,并通过与细胞膜融合,将多余液体排出体外。目前伸缩泡收集水分的具体机制尚不清楚。研究表明伸缩泡内的渗透势高于细胞胞浆,形成的渗透势差可驱动水分从胞浆流入伸缩泡,然而对于维持伸缩泡内较高渗透势的物质仍存在争议。钾离子在生物体内广泛存在,对维持胞内电荷平衡、调控代谢酶活性等过程至关重要。近年来,研究表明钾离子可能是伸缩泡内重要的渗透剂,但在伸缩泡上并未发现任何钾离子通道或转运蛋白。莱茵衣藻是生活在淡水中的单细胞绿藻,它有两个伸缩泡,是研究伸缩泡的良好模型。为了研究钾离子通道在渗透调节中的作用,我们首先通过序列比对在衣藻基因组中鉴定出14个钾离子通道蛋白,并通过DNA插入突变获得一个六次跨膜钾离子通道KCN11的突变体。在HEK293细胞中异源表达KCN11 cDNA后,使用膜片钳技术可在全细胞水平上检测到明显的电压依赖性外向电流,且该电流可被钾离子通道抑制剂抑制,但不能被钠或钙离子通道抑制剂抑制。同时,KCN11的反转电位与外界钾离子浓度的关系符合方程Erev=62log（[K+]o/140）,证明KCN11是一个真正的钾离子通道。免疫荧光实验结果显示KCN11定位在衣藻伸缩泡膜上。低渗胁迫下,干扰KCN11蛋白表达或突变KCN11钾离子选择结构域均可导致伸缩泡伸缩速率下降,最终导致细胞死亡,表明KCN11蛋白及其钾离子选择性对衣藻在低渗条件下的渗透调节和生存是非常重要的。本课题首次鉴定到伸缩泡膜上存在的钾离子通道,为钾离子参与细胞伸缩泡伸缩及渗透调节提供了有力的证据,同时也暗示了伸缩泡在调控胞内钾离子相对稳态中的作用。前期研究表明在缺氮胁迫下,KCN11 mRNA表达上调,暗示KCN11在缺氮胁迫中发挥着作用。本课题的研究表明,在缺氮胁迫下,KCN11蛋白表达量上调,同时衣藻伸缩泡伸缩速率加快。此外,在缺氮胁迫下,kcn11突变体伸缩泡功能紊乱,其多种生理过程不能对缺氮作出正常的响应（如叶绿素含量下降、油脂积累等过程）,且后者与KCN11的渗透调节功能密切相关。进一步,本研究发现kcn11突变体中油脂合成原料乙酰辅酶A含量下降、TCA循环通量降低（还原力下降）,且可能与油脂积累密切相关的细胞自噬活性下降,为研究KCN11影响油脂积累过程提供了线索。