植物外向整流K+通道SKOR研究進(jìn)展

任盼盼，伍國強(qiáng)，魏明

（蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

K+是植物細(xì)胞中含量最豐富的陽離子之一，約占植物干重的10%［1］。K+不僅在植物細(xì)胞伸長、酶激活、滲透調(diào)節(jié)、光合作用和韌皮部糖裝載等方面起重要作用，而且還可增強(qiáng)植物對生物及非生物脅迫的耐受性［1-3］。一般情況下，在植物細(xì)胞中，維持正常代謝活動的K+濃度為100～200 mmol·L-1，植物通過根系從土壤中吸收K+，然后分配到不同組織部位，以滿足正常生長發(fā)育需要［4］。此過程主要由定位在質(zhì)膜上的K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或K+通道完成。目前研究較多的K+通道主要有Shaker型K+整流通道、雙孔K+通道（tandem-pore K+channel，TPK）和雙孔通道（two-pore channel，TPC）家族［5-6］；K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括高親和性鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體（high-affinity K+transporter，HKT）、K+吸 收 滲 透/高 親 和 性K+轉(zhuǎn) 運(yùn) 蛋 白/K+轉(zhuǎn) 運(yùn) 蛋 白（K+uptake permease/high-affinity K+transporter/K+transporter，KUP/HAK/KT）和陽離子質(zhì)子逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（cation-proton antiporter，CPA）家族［7-8］。

Shaker型K+整流通道是參與植物K+轉(zhuǎn)運(yùn)和分配的重要通道［9］。該通道家族屬于高度保守的K+選擇性電壓門控通道，根據(jù)受激活的電壓范圍及整流特性可將其分為4個(gè)功能亞群：內(nèi)向整流（K+inward rectifier，Kin）、沉默整流（K+silent rectifier，Ksilent）、弱整流（K+weak rectifier，Kweak）和外向整流（K+outward rectifier，Kout）通道［10］。在擬 南 芥（Arabidopsis thaliana）中，Kin通道 包 括AtAKT1（K+transporter 1 inA.thaliana）［11］、AtAKT5、AtSPIK（shaker pollen inward K+channel）［12］、AtKAT1（K+channel inA.thaliana1）［13-14］和AtAKT2/3［15］，它們介導(dǎo)K+跨細(xì)胞膜吸收，其主要特點(diǎn)是在負(fù)電壓（-80～-100 mV）下打開門控。Kweak通道AtAKT2可介導(dǎo)K+吸收和外排［16］，也可與Kin通道亞基組裝成具有雙向整流特性的異構(gòu)體通道［17］。Ksilent通道成員AtKAT3（又稱AtKC1）本身并不會形成功能性的同質(zhì)型四聚體通道，但其與Kin亞基具有很強(qiáng)的異聚化親和性［18］，可作為負(fù)向電壓調(diào)控元件與AKT1組裝，AtKC1-AKT1異構(gòu)體激活所需要的電壓比AtAKT1更低［19-20］。相比之下，以AtSKOR（stelar K+outward rectifier）［21］和AtGORK（guard cell K+outward rectifier）［22］為代表的Kout通道被膜去極化打開，可使K+由胞內(nèi)排至胞外。與Kin通道不同的是，Kout通道不僅對電壓敏感，而且對胞內(nèi)和木質(zhì)部汁液K+濃度敏感性也很強(qiáng)［23-24］。大量研究表明，SKOR在維持植物根部和地上部K+穩(wěn)態(tài)平衡中扮演重要角色，已成為目前植物逆境生理學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，備受學(xué)術(shù)界的關(guān)注。本研究對SKOR的發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)、分類、表達(dá)調(diào)控及其逆境響應(yīng)等方面的研究成果加以綜述，并對其未來研究方向進(jìn)行展望，為其在農(nóng)作物遺傳改良中的應(yīng)用提供一定依據(jù)。

1 SKOR發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)與分類

1.1 SKOR發(fā)現(xiàn)

Wegner等［25］采用膜片鉗技術(shù)在大麥（Hordeum vulgare）根的離體組織中首次證實(shí)外向整流K+通道活性，稱之為KORC（K+-selective outward rectifying conductance）。Roberts等［26］在玉米（Zea mays）根中柱鞘細(xì)胞及皮層中也發(fā)現(xiàn)了介導(dǎo)K+從中柱細(xì)胞外排到木質(zhì)部汁液中的外向整流K+通道。Gaymard等［21］在擬南芥中克隆到第一個(gè)高等植物的外向整流K+通道基因AtSKOR，發(fā)現(xiàn)其在根中柱組織中特異性表達(dá)。隨后，相繼在小花堿茅（Puccinellia tenuiflora）［27］、水稻（Oryza sativa）［28］、霸王（Zygophyllum xanthoxylum）［29］、枸杞（Lycium barbarum）［30］、甜瓜（Cucumis melo）［31］等物種中鑒定到SKOR基因（表1）。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)物種SKOR基因家族僅有1個(gè)成員，不同物種SKOR基因編碼氨基酸數(shù)目變化較大，為632～1032 aa（表1）。

表1 不同植物SKOR基因Table 1 The SKOR genes in different plants

1.2 SKOR結(jié)構(gòu)

SKOR為代表的Kout通道與Kin通道（如KAT1）具有很高的氨基酸序列相似性和基本相同的結(jié)構(gòu)特征［43-44］。SKOR與KAT1結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別在于P環(huán)和S6，從而導(dǎo)致其門控特性不同［23，45］。Kout通道（SKOR和GORK）的S6具有高度保守的氨基酸基序（Asp-Met-Ile/Val-Leu-Gly），而Kin通道和Kweak通道（KAT1、KAT2、AKT1、AKT2和SPIK）的保守基序則為Asn-Leu-Gly-Leu-Thr［23］。

SKOR是由4個(gè)α-亞基組裝而成的多聚體蛋白，它們結(jié)合在一起形成通道的滲透途徑［46］。每個(gè)亞基由6個(gè)跨膜α-螺旋組成，命名為S1～S6，短的N-端和較長的C-端都位于膜內(nèi)側(cè)［47］（圖1）。前4個(gè)α-螺旋位于中心離子傳導(dǎo)孔的外圍構(gòu)成電壓傳感器結(jié)構(gòu)域（voltage sensor domain，VSD），其中S4富含帶正電荷的氨基酸殘基Arg或Lys，這些氨基酸位于膜的電場中，響應(yīng)去極化將螺旋向外移動［48］，形成VSD的激活狀態(tài)，待細(xì)胞膜的電位恢復(fù)后復(fù)位而使通道關(guān)閉［49］。跨膜孔本身由S5和S6螺旋排列，并傾斜形成倒置的“圓錐”形，使得靠近內(nèi)膜表面的通道變窄［48］。S5和S6之間部分“折入”成孔（pore loop），包含高度保守的序列TxGYGD（Thr-x-Gly-Tyr-Gly-Asp），構(gòu)成滲透途徑最窄的部分，S5-P-S6共同構(gòu)成孔域（pore domain，PD），控制離子通過并決定通道的離子選擇特性［50］。S4～S5間一段短的氨基酸序列作為選擇性過濾器（selectivity filter，SF）連接并耦合VSD和PD［51-52］，S4通過電壓傳感器選擇性過濾器門（VS-SF）耦合控制跨膜通道的打開或關(guān)閉［53］。

圖1 SKOR跨膜結(jié)構(gòu)及組裝方式模型圖Fig.1 Transmembrane structure and assembly method of SKOR［48，54，57］

SKOR的C末端包含調(diào)控位點(diǎn)和對通道組裝重要的區(qū)域，被認(rèn)為對蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、四聚體組裝和調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合有重要的作用［24］。C-端含有一個(gè)保守的環(huán)核苷酸結(jié)合域（cyclic nucleotide binding domain，cNBD）、錨蛋白anky結(jié)構(gòu)域以及富含疏水酸性殘基的遠(yuǎn)端KHA結(jié)構(gòu)域［54-57］。其中，anky結(jié)構(gòu)域是蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作的位點(diǎn)，也是蛋白激酶如CIPKs（CBL-interacting protein kinases）的結(jié)合部位［55］。

1.3 SKOR分類

Kout通道的起源可以追溯到藻類［50，58-59］。在一些晚期分叉的鏈柄藻類（如Spiroloea muscicola）中Kout通道與Kin/Kweak/Ksilent通道已有區(qū)分，此時(shí)已經(jīng)具備與AtSKOR相似的特征，如外向整流和細(xì)胞外K+濃度的感應(yīng)等［44，59］，此后SKOR在進(jìn)化中高度保守。前人對SKOR家族的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)單子葉植物與雙子葉植物SKOR進(jìn)化關(guān)系較遠(yuǎn)，而同一科或相近科物種SKOR氨基酸序列有較高的相似性，進(jìn)化關(guān)系較近［29，37，40］。為深入探究不同物種間SKOR進(jìn)化關(guān)系，本研究采用MEGA X軟件對70個(gè)物種SKOR基因編碼的氨基酸序列進(jìn)行多重比對，并通過鄰接（neighbor-joining，NJ）法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹（圖2）。根據(jù)氨基酸序列相似性將SKOR分為3個(gè)簇，Ⅰ簇有13個(gè)成員，Ⅱ簇有26個(gè)成員，Ⅲ簇有31個(gè)成員。單子葉植物如烏拉爾圖小麥（Triticum urartu）、大麥、玉米、水稻等都?xì)w類于第Ⅲ簇，而雙子葉植物在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ簇中均有分布。甜菜BvSKOR屬于第Ⅱ簇，與空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）ApSKOR相似度高達(dá)85.65%，進(jìn)化關(guān)系最近。

圖2 不同物種SKOR系統(tǒng)發(fā)育分析Fig.2 Phylogenetic analysis of SKOR in different species

2 SKOR生物學(xué)功能

2.1 SKOR介導(dǎo)胞質(zhì)K+外流

K+作為植物細(xì)胞中的主要陽離子，維持一定K+水平是植物細(xì)胞進(jìn)行正常生理生化過程的先決條件［60］。細(xì)胞膜上的各種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和通道蛋白控制著植物細(xì)胞K+流入和流出，從而調(diào)節(jié)胞內(nèi)K+穩(wěn)態(tài)平衡［61］。SKOR定位于細(xì)胞膜，是一種高K+選擇性的外向整流型K+通道，在離子跨膜運(yùn)輸和胞內(nèi)外離子平衡調(diào)節(jié)中起著重要作用。K+進(jìn)入孔道后被剝離水化殼，與通道GYGD基序的羰基氧原子配位（圖1）。P環(huán)一次只能結(jié)合一個(gè)K+，下一個(gè)離子進(jìn)入后會將前一個(gè)K+擠出配位，使該K+被排出細(xì)胞［49］。由于PD中心孔的大小與K+的水合空間非常匹配，較大的離子（如Ca2+）無法滲透到孔中，而較小的離子（如Na+）即使進(jìn)入，也會因羰基氧化合物彼此間隔太遠(yuǎn)而無法完成脫水［49］，綜上構(gòu)成SKOR對K+的選擇性。SKOR門控依賴于外界K+濃度（external K+concentration，［K+］ext）［23］，高［K+］ext的情況下，胞外K+與PD相互作用，使通道中的K+更難被釋放［62］，因此必須進(jìn)一步將膜電壓驅(qū)動到更正，只有當(dāng)K+凈流量的驅(qū)動力指向胞外時(shí)通道才會打開。SKOR通道一旦開放，無論外部K+濃度如何都只可以外流K+，其流量與膜內(nèi)外電壓差和細(xì)胞內(nèi)K+濃度呈正相關(guān)［21，24］，即胞內(nèi)K+濃度越高，膜兩側(cè)K+濃度差越大，流量越大。K+外流在一些情況下是必要的，如在細(xì)胞周期中，K+外流和細(xì)胞膨脹度降低是G2期進(jìn)入M期的先決條件，所以分裂間期可以觀察到SKOR基因表達(dá)的增加和通道活性的增強(qiáng)［63］。另外，在鹽脅迫下，K+的進(jìn)出和重新分配在很大程度上可以平衡Na+引起的細(xì)胞內(nèi)外離子失衡［64］，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，減輕鹽脅迫造成的傷害。

2.2 SKOR介導(dǎo)木質(zhì)部K+裝載

SKOR是K+從植物根部向地上部長距離運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)關(guān)鍵通道，Gaymard等［21］研究發(fā)現(xiàn)，atskor突變體植株木質(zhì)部汁液中K+濃度以及地上部K+含量比野生型降低了約50%，由此推斷AtSKOR參與K+由根向地上部的運(yùn)輸，且在此過程中發(fā)揮重要作用。SKOR在中柱鞘細(xì)胞和木質(zhì)部薄壁組織細(xì)胞中優(yōu)先表達(dá)，促進(jìn)K+裝載到木質(zhì)部汁液［21］，隨后K+在蒸騰拉力作用下隨汁液運(yùn)輸至地上部［65］。根細(xì)胞中K+濃度越高，SKOR通道越活躍，更多的K+被裝載到木質(zhì)部，隨木質(zhì)部汁液流輸送到地上部器官；相反，根系積累的K+不夠充分時(shí)，則地上部K+供應(yīng)也會受到限制［66］。此外，K+吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)是一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體，K+轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)對K+的吸收也有一定的反饋調(diào)節(jié)作用。atskor突變體K+凈吸收率顯著低于野生型植株，根中AtHAK5和AtAKT1表達(dá)水平顯著降低［67］，表明K+向地上部的運(yùn)輸減少，從而使根系K+吸收能力降低。這些結(jié)果表明，SKOR在植物K+長距離運(yùn)輸及根部和地上部K+分配中起重要作用。

3 SKOR調(diào)控機(jī)制

3.1 SKOR受活性氧調(diào)控

幾乎所有逆境如高鹽、干旱、缺氧、冰凍、病原體、重金屬、紫外線等，都會使植物產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）［68］，如：氧自由基（radicals，O2-）、單線態(tài)氧（singlet oxygen，1O2）、超氧陰離子自由基（superoxide radical，·O2-）、超氧化物（chemistry of superoxide）、羥基自由基（hydroxyl radical，·OH）、過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）、過渡金屬（transition metals）等［69］。大量研究表明，ROS的產(chǎn)生會導(dǎo)致細(xì)胞生化途徑發(fā)生改變，激活SKOR、GORK等通道［70］，并誘導(dǎo)其編碼基因的表達(dá)，致使大量的K+流出。Demidchik等［71-72］研究發(fā)現(xiàn)，抗壞血酸（ascorbic acid，AA）、Cu2+和H2O2等混合物處理擬南芥、豌豆（Pisum sativum）、玉米和小麥（Triticum aestivum）導(dǎo)致根部出現(xiàn)大量K+外流，電流對K+通道阻滯劑TEA+（tetraethylammonium）敏感，說明ROS誘導(dǎo)的K+外流是Kout通道（SKOR和GORK）介導(dǎo)的。Garcia-Mata等［73］的研究將能迅速增強(qiáng)SKOR的電流并延長電流時(shí)間的通道激活劑明確為H2O2。SKOR對H2O2的敏感位點(diǎn)為Cys，即S3 α-螺旋的Cys168及其空間上相鄰的Cys228和Cys234被H2O2氧化形成亞磺酸，這一反應(yīng)可能使SKOR構(gòu)象發(fā)生改變，從而增強(qiáng)對K+的通透性［73-74］。氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的K+外流增加可能觸發(fā)細(xì)胞能量重新分配，降低需耗能的生物合成，抑制植株生長，利用釋放的能量來抵御脅迫造成的傷害，以增加植物在不利環(huán)境下的存活概率［75］。

3.2 SKOR受pH調(diào) 控

Lacombe等［76］在非洲爪蟾卵母細(xì)胞中表達(dá)AtSKOR發(fā)現(xiàn)其電流受到pH調(diào)節(jié)，當(dāng)注射酸性溶液使細(xì)胞內(nèi)部pH從7.4降至7.2時(shí)，SKOR的電流則下降約80%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，pH變化未顯著影響SKOR單通道活性，但可以改變激活的SKOR通道數(shù)量。酸性陽離子與SKOR通道S4跨膜片段相互作用，使通道處于不可被K+激活的休眠狀態(tài)，隨著內(nèi)部酸化休眠通道的數(shù)量增加，從而使SKOR介導(dǎo)的K+外流減少［76］。pH通過調(diào)控激活的SKOR通道的數(shù)量來影響其功能。

3.3 SKOR受脫落酸調(diào)控

脫落酸（abscisic acid，ABA）是最重要的脅迫反應(yīng)激素之一，廣泛存在于高等植物的各組織器官中，在鹽脅迫下參與滲透調(diào)節(jié)、離子平衡和ROS清除等，在抵御鹽脅迫中發(fā)揮著不可替代的作用［77］。ABA重要的功能就是調(diào)控根中K+的轉(zhuǎn)運(yùn)。Roberts［78］和Wolf等［79］的研究表明，ABA對玉米ZmSKOR的活性具有潛在的調(diào)節(jié)作用，可通過降低其活性而減少經(jīng)木質(zhì)部的K+轉(zhuǎn)運(yùn)。SKOR的C端Ankyrin結(jié)構(gòu)域含有保守殘基，類似于吡拉巴汀抗性1/類吡咯蛋白/ABA受體的調(diào)節(jié)成分（pyrabactin resistance 1/PYR-like proteins/regulatory components of ABA receptors，PYR/PYL/RCARs）的ABA結(jié)合位點(diǎn)［80］，可能有助于其與ABA相互作用。此外，大量研究表明，SKOR的表達(dá)受到ABA調(diào)節(jié)。Gaymard等［21］最早發(fā)現(xiàn)AtSKOR的表達(dá)豐度在ABA處理下顯著降低，隨著更多的SKOR基因被發(fā)掘，外源ABA處理降低黑果枸杞LrSKOR［81］、水稻OsSKOR［82］、灰楸CfSKOR［83］表達(dá)水平的現(xiàn)象相繼被報(bào)道。ABA可降低木質(zhì)部SKOR表達(dá)水平，同時(shí)誘導(dǎo)韌皮部AKT2表達(dá)［84］。這種雙重效應(yīng)一方面會抑制K+向地上部運(yùn)輸，另一方面則促進(jìn)K+通過韌皮部向根回流，有助于在缺水和鹽脅迫下保持根中K+穩(wěn)態(tài)平衡。

3.4 SKOR受硫化氫調(diào)控

硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）是一種具有調(diào)節(jié)功能的氣體信號分子，通過維持Na+/K+穩(wěn)態(tài)平衡，改善光合作用和抗氧化系統(tǒng)等參與植物對各種非生物脅迫的響應(yīng)［85-86］。研究表明，H2S可以通過防止K+流失來增強(qiáng)植株耐鹽性。H2S一方面調(diào)控質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、H+-ATPase等促進(jìn)Na+排出并維持H+梯度［87］，保持細(xì)胞膜電位，限制去極化激活的SKOR活性［88］；另一方面通過調(diào)控鹽脅迫下根系K+通道相關(guān)基因的表達(dá)從而維持K+水平的相對穩(wěn)定。與NaCl單獨(dú)處理相比，NaHS預(yù)處理后再進(jìn)行NaCl處理，使得平邑甜茶（Malus hupehensis）MhSKOR表達(dá)量降低，MhAKT1表達(dá)量增加，K+外流速率與K+含量下降幅度也明顯減緩［89-90］，在紫花苜蓿（Medicago sativa）中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象［91］。NaCl處理黃瓜（Cucumis sativus）后，CsSOS1和CsSKOR在葉中的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低，而在根中有所增加，添加NaHS則逆轉(zhuǎn)了這種趨勢［92］。另外，H2S產(chǎn)生的關(guān)鍵酶L-半胱氨酸脫硫酶（L-cysteine desulfhydrase，LCD）的功能缺失會導(dǎo)致擬南芥AtAKT1、AtAKT2、AtKC1和AtKAT1等基因的表達(dá)水平明顯上調(diào)，AtGORK和AtSKOR表達(dá)水平則顯著下調(diào)［93］。這些結(jié)果表明，SKOR的K+整流功能受到H2S間接調(diào)控。

4 SKOR對非生物逆境脅迫的響應(yīng)

4.1 SKOR對鹽脅迫的響應(yīng)

在鹽脅迫下，過多的Na+會與K+競爭質(zhì)膜上的攝取位點(diǎn)，從而抑制K+吸收；另外，其與K+競爭細(xì)胞質(zhì)中關(guān)鍵代謝酶的結(jié)合位點(diǎn)，紊亂植物組織的新陳代謝［1］。因此，維持K+穩(wěn)態(tài)和高K+/Na+的K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和K+通道在植物耐鹽性中起著重要作用［94］。大量研究表明，SKOR參與植物對鹽脅迫的響應(yīng)并在一定程度上影響著植物的耐鹽性。低濃度NaCl處理使長穗偃麥草EeSKOR［95］、甜菜BvSKOR［96］、梨（Pyrus betulaefolia）PbSKOR［97］、平邑甜茶MhSKOR［98］的表達(dá)水平在短期內(nèi)顯著上調(diào)，黑果枸杞根中LrSKOR表達(dá)量先降低而24 h后升高［99］。隨著NaCl濃度的增加，甜瓜CmSKOR［31］、長穗偃麥草EeSKOR［96］的表達(dá)水平先增加后略有下降，峰值出現(xiàn)在150 mmol·L-1處。鹽脅迫后多年生黑麥草（Lolium perenne）耐鹽品種“Catalina”中AKTI和SKOR表達(dá)量均顯著高于鹽敏感品種“Inspire”［100］，推測耐鹽品種可能通過AKT1和SKOR共同維持植株根部和地上部K+含量來抵御鹽脅迫。在擬南芥中CmSKOR過量表達(dá)后，轉(zhuǎn)基因植株在NaCl處理下生長更加健壯，表現(xiàn)出較大的PSII最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、較高的生物量以及K+含量［31］，比野生型具有更強(qiáng)的耐鹽能力。相對地，水稻osk5.2突變體植株木質(zhì)部汁液中K+濃度較野生型植株顯著下降，而Na+濃度則變化不大，K+/Na+和野生型植株之間差異隨著鹽處理時(shí)間的延長而增大［101］。這些結(jié)果表明，SKOR可以通過維持植物體內(nèi)較高的K+/Na+來增強(qiáng)植物耐鹽性。也有證據(jù)顯示，參與K+韌皮部再循環(huán)的AKT2/3在鹽脅迫下被誘導(dǎo)［102-103］，SKOR和AKT2/3的上調(diào)能夠促進(jìn)K+在維管組織中的高速循環(huán)，從而使K+在根和地上部之間不斷地重新分配，以減輕Na+對地上部幼嫩組織的毒害。

4.2 SKOR對滲透脅迫的響應(yīng)

滲透脅迫會影響植物光合作用和正常新陳代謝，從而抑制植物生長，甚至導(dǎo)致死亡［104］。植物在長期的進(jìn)化過程中，逐漸形成了各種各樣的適應(yīng)策略，以應(yīng)對滲透脅迫［64］。RNA-seq結(jié)果表明，K+轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因在滲透脅迫反應(yīng)過程中表達(dá)也受到調(diào)控，在脅迫初期SKOR表達(dá)量升高，以更好地調(diào)節(jié)K+在根和葉之間分配［29］。聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）處理后，煙草NtSKOR［33］和綠豆VrSKOR［42］表達(dá)量在短期內(nèi)劇烈升高后有小幅下降，霸王根和莖中ZxSKOR被顯著誘導(dǎo)［29］，可見SKOR能積極響應(yīng)脅迫，促進(jìn)K+在滲透脅迫下的積累與動態(tài)平衡。這些結(jié)果表明，SKOR可能在植物滲透脅迫響應(yīng)中起著重要作用。

4.3 SKOR對K+饑餓的響應(yīng)

在K+虧缺條件下，植物的光合作用顯著下降，生長迅速減緩，生殖受阻［6］。在低K+脅迫下，亞麻（Linum usitatissimum）LuSKOR［105］、甘薯（Ipomoea batatas）IbSKOR1/2/3［106］表達(dá)量持續(xù)下降，地上部出現(xiàn)葉片失綠等典型的缺K+癥狀。K+攝取不足通過影響SKOR基因的表達(dá)，進(jìn)而影響K+信號的傳導(dǎo)及K+運(yùn)輸，從而影響植株的表型。高玉龍等［107］研究發(fā)現(xiàn)，低K+（10 μmol·L-1）處理煙草后，NtSKOR表達(dá)量在24 h內(nèi)先上升后下降，結(jié)合低K+脅迫引起吲哚乙酸（indoleacetic acid，IAA）和茉莉酸（jasmonic acid，JA）等激素的變化，推測K+饑餓時(shí)，NtSKOR表達(dá)模式受到植物激素調(diào)控［107-108］。用KCl補(bǔ)給K+饑餓處理后的霸王，ZxSKOR在不同濃度KCl處理中的轉(zhuǎn)錄水平都有所增加，且隨著外源K+濃度的升高其表達(dá)量呈不斷增加趨勢，表明ZxSKOR受KCl顯著誘導(dǎo)［29］，以保證在缺K+之后SKOR恢復(fù)向木質(zhì)部裝載K+的功能。這些結(jié)果表明，SKOR響應(yīng)低K+脅迫調(diào)整自身表達(dá)，調(diào)節(jié)K+在根和地上部之間轉(zhuǎn)運(yùn)和整株的分配為植株抵御K+饑餓環(huán)境做貢獻(xiàn)。

4.4 SKOR對營養(yǎng)虧缺的響應(yīng)

植物攝取不同養(yǎng)分的信號通路是相互關(guān)聯(lián)的，一種營養(yǎng)元素的虧缺可能會導(dǎo)致其他營養(yǎng)元素?cái)z取的降低。幾乎所有的營養(yǎng)缺乏處理均可顯著降低K+的吸收以及向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)能力，N、P和S虧缺均可降低番茄（Lycopersicon esculentum）和擬南芥中SKOR轉(zhuǎn)錄水平［109］。這就暗示了植物對不同養(yǎng)分?jǐn)z取的過程中涉及轉(zhuǎn)錄調(diào)控的信號之間可能存在串?dāng)_。對不同養(yǎng)分獲取進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)控的一個(gè)典型例子是N和K，這兩種營養(yǎng)元素轉(zhuǎn)運(yùn)之間的密切關(guān)系最早在“Dijkshoorn-Ben Zioni模型”中被描述［110］；該模型表明，NO3-在木質(zhì)部中以K+作為對抗離子從根部運(yùn)輸?shù)降厣喜?。Drechsler等［111］研究發(fā)現(xiàn)，NO3-缺乏抑制了AKT1和SKOR基因的表達(dá)。該項(xiàng)研究進(jìn)一步支持了木質(zhì)部中K+和NO3-轉(zhuǎn)運(yùn)之間的相互聯(lián)系。硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體1.1（nitrate transporter 1.1，NRT1.1）和NRT1.5功能缺失后，K+從根部向地上部的運(yùn)輸能力減弱，SKOR表達(dá)受到抑制［58，112］。深入解析養(yǎng)分虧缺下K+吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控機(jī)制，對于提高作物養(yǎng)分利用效率具有重要意義。

5 展望

高鹽、干旱、養(yǎng)分失衡等是抑制植物生長、限制作物產(chǎn)量的常見脅迫條件，大多數(shù)作物在整個(gè)生長過程中都會經(jīng)歷一種或多種非生物脅迫，因而研究植物的脅迫響應(yīng)和脅迫耐受性對于促進(jìn)生產(chǎn)具有重要意義。在過去的10余年中，有關(guān)逆境脅迫條件下細(xì)胞維持K+穩(wěn)態(tài)平衡機(jī)制成為植物逆境生理學(xué)研究熱點(diǎn)之一。SKOR編碼一類外向整流K+通道蛋白，負(fù)責(zé)將根吸收的K+裝載到木質(zhì)部，是參與植物體內(nèi)K+轉(zhuǎn)運(yùn)的主要通道蛋白之一，其在植物正常生長發(fā)育和脅迫響應(yīng)中扮演著重要角色。目前對模式植物擬南芥AtSKOR的研究較多，其結(jié)構(gòu)、功能研究得較清楚；然而，對其他物種SKOR的報(bào)道相對較少，其生物學(xué)功能、表達(dá)調(diào)控機(jī)制、逆境脅迫響應(yīng)等方面的研究才剛剛起步，將具有抗逆潛力的SKOR基因應(yīng)用于作物遺傳改良還有很長的路要走。

因此，今后對SKOR的研究可從以下3方面著手：1）挖掘和鑒定其他作物SKOR基因，通過過量表達(dá)、RNA干擾、基因敲除等方法揭示其在不同類型植物K+/Na+平衡調(diào)控和抗逆中的功能。2）利用基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因編輯等技術(shù)手段探索SKOR響應(yīng)逆境脅迫的信號通路，解析SKOR在植物抗逆性中的作用機(jī)制，為農(nóng)作物抗逆性遺傳改良提供基因資源和理論依據(jù)。3）采用基因工程技術(shù)，將鹽生植物或嗜鹽作物SKOR轉(zhuǎn)入經(jīng)濟(jì)作物或糧食作物中，從而提高作物對K+的利用效率，增強(qiáng)植物的抗逆性。