葡萄钾离子通道基因VviSKOR的克隆、表达及电生理功能

【目的】从葡萄中克隆并鉴定钾离子通道基因VviSKOR,在转录水平分析其组织特异性表达特征及对缺钾、氯化钠(NaCl)与脱落酸(ABA)等胁迫的响应情况,通过膜片钳电生理技术研究其生理学功能。【方法】通过同源克隆法,在葡萄基因组中筛选并鉴定钾离子通道基因VviSKOR;借助多种生物信息学软件分析葡萄SKOR及其编码蛋白的特征;利用MEGA 7.0软件建立葡萄、拟南芥、水稻、玉米、高粱、短柄草、大豆、番茄、黄瓜、白杨、桃、梨、草莓、苹果、木瓜、柑橘、香蕉、凤梨等18种不同科属植物SKOR同源蛋白成员的系统进化树;利用实时荧光定量PCR分析VviSKOR在葡萄不同组织部位的表达模式及对缺钾、NaCl、ABA与sorbitol等胁迫的响应情况;利用膜片钳电生理系统分析葡萄VviSKOR的生理学功能。【结果】在葡萄基因组中克隆获得一个钾离子通道基因VviSKOR,其编码蛋白含有环核苷酸结合域、离子通道跨膜域、Ankyrin repeats和KHA功能结构域,属于典型的Shaker类钾离子通道;18种不同科属植物SKOR蛋白在氨基酸水平具有58.92%的一致性,系统进化树表明葡萄VviSKOR与黄瓜CsaSKOR紧密聚在一起,其遗传进化关系上较近,4种禾本科植物(玉米、水稻、短柄草和高粱)SKOR家族成员在系统进化树上更倾向于聚在一起,而同属蔷薇科植物(草莓、苹果、梨和桃)SKOR在进化关系上紧密聚在一起;亚细胞定位预测表明葡萄VviSKOR蛋白主要定位于细胞质膜,且含有6个跨膜区,其等电点PI为6.24,表明该蛋白含有偏酸性氨基酸残基较多;在VviSKOR启动子区域预测到12种顺式作用元件,主要包括胁迫响应、激素响应和细胞周期调控等不同生命活动相关的调控元件;数据库表达谱分析结果表明葡萄VviSKOR在多种组织或器官中均有表达,在葡萄树根中的表达水平最高,其次是叶和木质部;实时荧光定量PCR分析表明VviSKOR在7年生‘马瑟兰’葡萄树根部和幼苗根部的表达水平均最高;幼苗中,VviSKOR在转录水平对高钾处理没有响应,但对缺钾、ABA和NaCl胁迫处理较为敏感,其在检测幼苗根部、茎部和叶片中的表达量均被缺钾和ABA抑制而降低,却受NaCl胁迫诱导而显著增强;转染pTracer-CMV3-SKOR质粒的HEK293-T细胞记录到外向电流,且随细胞外钾离子浓度的增加而降低,表明VviSKOR为一外流型钾离子通道,此外,记录到的电流随着电压的增加而增加,说明VviSKOR也是电压依赖型钾离子通道。【结论】葡萄VviSKOR与黄瓜CsaSKOR在遗传进化关系上最为相近;VviSKOR主要在葡萄根部(成年树和幼苗)表达,幼苗中VviSKOR在转录水平受缺钾、ABA和NaCl胁迫的调控;VviSKOR是葡萄根部主导钾离子外排的钾离子通道。