植物吸收K+主要通过Shaker K+通道（AKT/KAT/KC）介导的低亲和性途径和HAK/KUP/KT转运蛋白调控的高亲和性途径。尽管这两种钾离子吸收机制已经被广泛研究，但是它们的进化分析以及植物耐旱相关基因功能尚未得到充分研究。

近日，浙江大学作物科学研究所张国平教授，邬飞波教授团队在植物學知名期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为《sHvAKT2 and HvHAK1 Confer Drought Tolerance in Barley through Enhanced Leaf Mesophyll H+ Homeostasis》的研究论文。报道了高/低亲和性钾离子吸收机制参与大麦耐旱性的分子调控机制。

本研究采用进化生物信息学、生物技术和电生理学方法探讨K+转运蛋白HvAKT2和HvHAK1参与大麦耐旱分子调控机制。结果表明：AKT2和HAK1在轮藻和陆生植物中进化保守。HvAKT2和HvHAK1均定位于细胞质膜，对K+和Rb+的选择性高于其他阳离子。HvAKT2和HvHAK1主要在叶肉细胞和维管束中表达，尤其是在韧皮部细胞中，且受干旱胁迫诱导。过表达HvAKT2和HvHAK1增强大麦K+吸收，H+外排和H+-ATP酶活性，从而提高转基因植株的耐旱性。NO和H2O2是植物细胞响应干旱胁迫的主要信号分子。本研究结果表明，与野生型和沉默株系相比，干旱胁迫下过表达HvAKT2和HvHAK1增加NO含量，降低H2O2含量，且外源施加SNP以及H2O2抑制剂明显增强沉默株系的耐旱性。因此，高、低亲和性K+吸收机制在野生大麦适应干旱胁迫中起着重要作用。研究结果可丰富和创新作物耐旱理论，并为大麦耐旱遗传改良提供优异种质及基因资源。

浙江大学冯雪博士为该论文第一作者，陈仲华教授和邬飞波教授为共同通讯作者，张国平教授参与研究指导。该研究受到国家自然科学基金、浙江省科技厅重点研究基金和澳大利亚理事会资助。