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烟草(Nicotiana tabacum L.)是我国重要的经济作物,钾(Potassium,K)对烟叶的产量和品质起着关键作用。植物对钾的吸收和利用能力受K~+转运蛋白的调控,HAK/KUP/KT是植物中最大的K~+转运蛋白家族,该家族成员在提升植物的钾效率和胁迫耐受性方面显示出巨大潜力。目前,关于HAK/KUP/KT家族基因的克隆及分子机制研究多集中于拟南芥、水稻和玉米等植物,而烟草则较少。本研究通过同源克隆目的基因保守序列,再采用RACE(rapid amplification of cDNA ends)技术进行3’和5’端克隆,获得一个普通烟草HAK/KUP/KT家族新成员NtKT4,并进行生物信息学分析;同时,以川烟1号和Coker176为材料,研究了NtKT4在不同品种烟草全生育期的表达及其与钾积累的关系,以及低钾胁迫对NtKT4表达的诱导与生理响应之间的关系,揭示NtKT4在烟草钾积累和耐低钾胁迫方面的功能。取得的主要研究结果如下:(1)采用同源克隆和RACE技术从普通烟草Coker176中克隆得到HAK/KUP/KT家族NtKT4的全长cDNA。序列长度为2745 bp,具有1个编码818个氨基酸的完整开放阅读框(open reading frame,ORF),5’端非编码区(untranslated region,UTR)和3’UTR分别位于1-151位和2609-2727位核苷酸;结构上,NtKT4存在12个跨膜结构域(trans-membrane domain,TM),具有HAK/KUP/KT家族典型的胞质质环、特征序列G···GD···SPLY和功能保守域cl15781;预测亚细胞定位在细胞质膜上,行使对K~+的跨膜运输功能;同源比对发现,NtKT4与林烟草、绒毛烟草和番茄等物种中预测的potassium transporter 4-like具有高度相似性;NtKT4在烟草根茎叶中均有表达,根部表达量较低,叶部和茎部较高,说明NtKT4极可能参与K~+在地上部的转运。(2)川烟1号和Coker176叶部钾积累在烟草全生育期均出现4个积累阶段,表现为“上升-下降-上升-下降”的规律,NtKT4在不同钾积累阶段和不同品种间的表达有所差异。相关性分析发现,川烟1号叶部NtKT4表达量与其4个钾积累阶段的含钾量和钾积累量显著相关,Coker176叶部NtKT4表达量与其钾积累的前3个阶段的含钾量和钾积累量显著相关,说明烟草叶部钾积累的差异可能与NtKT4在烟草全生育期的不同表达有关。特别的是,在打顶后7 d,两个烟草品种的叶部NtKT4表达量显著上调,含钾量和钾积累量迅速降低,土壤中速效钾和缓效钾含量增加,说明NtKT4可能与烟草打顶后钾素由叶部向下的转运有关。(3)低钾胁迫下,NtKT4在川烟1号和Coker176叶片中的表达均受到显著诱导,随处理时间表现为先升高后降低,均在24 h时上调最高,且川烟1号比Coker176上调更显著。两烟草品种各部位含钾量和钾积累量在低钾胁迫下显著降低,且川烟1号的下降幅度较Coker176小;两烟草品种叶片SOD、CAT和POD等抗氧化酶活性均显著升高,且川烟1号三种抗氧化酶活性更高。说明川烟1号在低钾胁迫下具有更强的钾积累和耐低钾能力。相关性分析表明,低钾胁迫下,两个烟草品种叶片NtKT4表达量均与其叶部含钾量、钾积累量和SOD活性显著相关;而在对照处理下没有表现出相关性。说明NtKT4的表达可能影响着低钾胁迫下烟草的吸收转运。