バラ科におけるシェーカーKチャンネルファミリーの同定とPbrKAT1の機能的探索

Identification of Shaker K channel family members in Rosaceae and a functional exploration of PbrKAT1.

• Guodong Chen
• Qian Chen
• Kaijie Qi
• Zhihua Xie
• Hao Yin
• Peng Wang
• Runze Wang
• Zhi Huang
• Shaoling Zhang
• Li Wang
• Juyou Wu

抄録

主な結論:

PbrKAT1は、Xenopus laevis卵母細胞において外部Naによって阻害され、主にガード細胞に発現する典型的な内向き整流チャネルをコードしていることを特徴としている。カリウム（K）は、植物の成長・発育に必要な植物細胞内に最も多く存在する陽イオンである。Ｋの取り込みと輸送は主にトランスポーターやチャネルを介して完結しており、シェーカーファミリー遺伝子は植物のＫチャネルとして最も研究されている。しかし、バラ科の種では、このファミリーに関する情報ははるかに少ない。我々はゲノムワイドな解析を行い、バラ科のシェーカーKチャンネル遺伝子ファミリーのメンバーを同定した。ナシ(Pyrus×bretschneideri)からShaker KチャンネルKAT1をクローニングし、特徴付けを行った。バラ科のバラ科種から合計36個のShaker Kチャンネル遺伝子を同定し、構造的特徴と系統解析に基づいて5つのサブグループに分類した。β-グルクロニダーゼとqRT-PCR法により、PbrKAT1は主に葉、特にガード細胞で発現していることが明らかになった。PbrKAT1は、Xenopus laevis卵母細胞で発現した場合、典型的な内向き補正電流を示した。また、PbrKAT1の活性は外部ナトリウムイオンによって阻害され、梨の耐塩性調節に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。これらの結果は、植物におけるシェーカーKチャンネル遺伝子ファミリーの進化、発現、機能に関する貴重な情報を提供するものである。

MAIN CONCLUSION: PbrKAT1, which is inhibited by external Na in Xenopus laevis oocytes, is characterized as encoding a typical inward rectifying channel that is mainly expressed in guard cells. Potassium (K) is the most abundant cation in plant cells necessary for plant growth and development. The uptake and transport of K are mainly completed through transporters and channels, and the Shaker family genes are the most studied K channels in plants. However, there is far less information about this family in Rosaceae species. We performed a genome-wide analysis and identified Shaker K channel gene family members in Rosaceae. We cloned and characterized a Shaker K channel KAT1 from pear (Pyrus × bretschneideri). In total, 36 Shaker K channel genes were identified from Rosaceae species and were classified into five subgroups based on structural characteristics and a phylogenetic analysis. Whole-genome and dispersed duplications were the primary forces underlying Shaker K channel gene family expansion in Rosaceae, and purifying selection played a key role in the evolution of Shaker K channel genes. β-Glucuronidase and qRT-PCR assays revealed that PbrKAT1 was mainly expressed in leaves, especially in guard cells. PbrKAT1 displayed a typical inward-rectifying current when expressed in Xenopus laevis oocytes. The activity of PbrKAT1 was inhibited by external sodium ions, possibly playing an important role in the regulation of salt tolerance in pear. These results provide valuable information on evolution, expression and functions of the Shaker K channel gene family in plants.