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钾是植物生长发育所必需的大量元素之一，在植物的生命活动中起非常重要的作用。植物细胞通过其膜上的各种K<+>通道和转运体蛋白转运K<+>进出细胞，但这些通道和转运体的分子调节机制迄今仍不清楚。本实验室的前期工作以拟南芥模式植物为材料，利用图位克隆方法，从隐性单基因低K<+>敏感突变体lksl，(Low-K<+>-Sensitive 1)中，克隆得到LKS1基因，已知LKS1隶属于CIPK(CBL-interacting protein kinase)家族成员，编码CIPK23，并证明了LKS1(或CIPK23)通过磷酸化作用调控K<+>通道蛋白AKT1的活性，从而调节植物在低K<+>胁迫下的K<+>吸收。CIPKs为植物特异的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其活性受类钙调神经素B亚基蛋白(CBLs,calcineurin B-like proteins)调节。本论文研究工作旨在筛选鉴定CIPK23的上游调控因子CBL，并进一步探讨其调控CIPK23及植物响应低K<+>胁迫的分子机制。
论文工作首先以CIPK23为诱饵，利用酵母双杂交系统检测CIPK23与10个CBL的相互作用情况，结果表明与CIPK23互作最强的是CBL1和CBL9，其次是CBL5，CBL2，CBL3和CBL8。在此基础上，对CBLs T-DNA插入突变体纯合株系在低K<+>条件下进行表型性状观察，结果并没有发现表现与lks1或akt1突变体相类似的典型缺K<+>症状的株系。将cbl1和cbl9杂交后得到cbl1cbl9双突变体，在低K<+>条件下进行表型性状观察，发现cbl1 cbl9双突变体同lks1，突变体一样较野生型早的表现缺K<+>失绿(低K<+>敏感)的表型性状；并且CBL1或CBL9的过表达株系在低K<+>条件下表现较野生型生长好的优势。K<+>吸收动力学实验结果表明，cbl1 cbl9双突变体的K<+>吸收能力明显低于野生型植株。植株体内K<+>含量测定结果表明，CBL1或CBL9过表达株系的根、冠K<+>含量显著高于野生型植株。
利用CBL1∷GUS和CBL9∷GUS转基因植株检测CBL的表达，结果表明CBL1和CBL9与LKS1共分布，在利用CBL1-GFP、CBL9-GFP或AKT1-GFP转化原生质体后，只能在质膜上观察到荧光，而CIPK23却表现非特异的定位模式。用双分子荧光互补(BiFC)实验证明CBL1(或CBL9)与CIPK23通过FISL/NAF区特异在质膜上相互作用，AKT1与CIPK23也在质膜上相互作用。遗传学实验结果也证明CBL1(或CBL9)与CIPK23处于响应低K<+>胁迫的同一条信号通路上。同时，利用爪蟾卵母细胞异源表达系统也证明，只有在CBL1(或CBL9)和CIPK23共同存在时才能激活AKT1并介导产生内向K<+>电流。
根据以上实验结果得出以下结论：非特异定位的CIPK23由于与CBL1或CBL9互作而表现为质膜定位，被CBL1或CBL9激活的CIPK23通过磷酸化K<+>通道AKT1而调节植物在低K<+>胁迫条件下的K<+>吸收和转运。CBL1/9-CIPK23-AKT1这条通路是继SOS通路后的又一条研究比较清楚的CBL/CIPK复合物调节离子跨膜转运的信号网络通路。