全 文 ：核 农 学 报 2011，25(3):0469 ～ 0476
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2010-08-26 接受日期:2010-12-14
基金项目:四川省烟草专卖局科技项目(合同号 200703009)
作者简介:鲁黎明(1965-)，男，河南正阳人，博士，研究方向为植物钾营养遗传。Tel:0835-2882203;E-mail:luliming@ sicau． edu． cn
通讯作者:杨铁钊(1955-)，男，河南临颍人，教授，研究方向为作物遗传育种。Tel:0371-63558030;E-mail:yantiezhao@ 126. com
文章编号:1000-8551(2011)03-0469-08
烟草钾转运体基因 NtHAK1 的克隆及表达模式分析
鲁黎明1，2 杨铁钊3
(1. 四川农业大学农学院，四川 雅安 625014;2. 中国农业大学植物生理学与生物化学国家重点实验室，北京 100193;
3. 河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002)
摘 要:采用 RT-PCR 的方法，结合 3’RACE 与 5’RACE，从普通烟草(Nicotiana tabacum)品种 K326 中克
隆出烟草 K +转运体基因 NtHAK1 的全长 cDNA 序列。该序列长度为 2016bp，编码 378 个氨基酸，其分
子量为 42. 27kDa，等电点 7. 2。生物信息学分析表明，该蛋白具有 6 个跨膜区，含有 K +转运蛋白的功能
保守域 cl01227。同源性分析结果显示，NtHAK1 与拟南芥、水稻、大麦等植物的高亲和 K +吸收转运基因
具有较高的同源性;在组织水平上，NtHAK1 在根、茎、叶及花中均有表达;在表达模式上，NtHAK1 的表
达并不受外界低 K +环境的诱导。
关键词:烟草;钾吸收转运基因;克隆;表达模式;生物信息学
CLONING AND EXPRESSION PROFILE ANALYSIS OF A PUTATIVE
POTASSIUM TRANSPORTER GENE NTHAK1 IN TOBACCO
LU Li-ming1，2 YANG Tie-zhao3
(1. Agronomy Department，Sichuan Agricultural University，Ya’an，Sichuan 625014;
2. State Key Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry，China Agricultural University，Beijing 100193;
3. Tobacco Department，Henan Agricultural University，Zhengzhou，Henan 450002)
Abstract:Primers were designed by the homologous comparison of plant’s high-affinity potassium transporter genes．
Full-length cDNA sequence of NtHAK1，a tobacco potassium transporter gene，was cloned using RT-PCR method
combining 3’RACE and 5’RACE in Nicotiana tabacum cultivar K326. The sequence length of NtHAK1 is 2016bp，
encoding a 378 amino acid protein，whose molecular mass is 42. 27kDa and isoelectric point is 7. 2. Protein structure and
function analysis shows that the protein has six transmembrane domains and contains a functional K + transporter protein
conserved domains cl01227. Homology analysis shows that NtHAK1 shares high homology with arabidopsis，rice，barley
and other plant’s high-affinity potassium transporters． At the plant organ level，NtHAK1 was expressed in roots，stems，
leaves and flowers． Meanwhile，the expression of NtHAK1 was not induced by the external low potassium stress．
Key words:tobacco;potassium transporter;cloning;expression profile;bioinformatics
K +离子是高等植物含量最丰富的阳离子，也是植
物生长必需的大量元素之一。它在植物的生长发育过
程中发挥着重要作用，如:作为活化剂，K + 离子参与
60 多种酶的活化;在植物的氮代谢及蛋白质合成中发
挥重要功能;参与脂肪的代谢;保持电荷平衡及维持细
胞渗透压;促进光合作用及同化产物的运输;增强植物
抗逆性、提高作物产量、改善作物品质等［1，2］。
在分子水平上研究植物对 K + 的吸收机制，最早
源于拟南芥的 AKT1［3］和 KAT1［4］的克隆。随后，一大
批与 K +吸收及转运相关的基因从不同植物中被克隆
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核 农 学 报 25 卷
出来。到目前为止，已经克隆的 K + 吸收转运基因可
以分为 K +转运体和 K + 通道两大类型［5］。通常情况
下，K +转运体蛋白承担了植物对 K + 的高亲和吸收转
运，而 K +通道蛋白则承担植物对 K +的低亲和吸收转
运［6］。高亲和 K + 吸收转运体基因可分为 2 个家族，
一是 KUP /HAK /KT 家族，其成员较多;另一个是 HKT
家族，目前在该家族内只有 7 个基因［7］。植物中第一
个被克隆的高亲和 K + 吸收转运体基因，是属于 HKT
家族小麦的 HKT1［8］。K +离子通道基因也包括 2 个家
族，一个是 Shaker 家族，该家族目前发现 24 个基因;
另一个是 KCO 家族，目前在该家族内只发现了 3 个基
因［7］，其中，拟南芥的 AKT1 和 KAT1 是 2 个首先被发
现的属于 Shaker 家族的 K +通道基因。就这两大类型
的 K +吸收转运基因而言，K + 通道基因的研究较为深
入，而高亲和 K + 吸收转运体基因无论是克隆的基因
数量还是研究的深入程度都不够。研究表明［9］，植物
在生长发育过程中，其根际土壤经常处于钾供应不足
的状态。因此，植物高亲和 K + 吸收转运体基因在植
物的钾营养中往往发挥着更重要的作用。所以，深入
研究植物的高亲和 K + 吸收转运机制，对于了解植物
钾营养的分子基础有着十分重要的意义。
烟草是一个重要的经济作物。K + 是烟草吸收最
多的矿质元素，对烟草具有重要的意义。烟叶 K + 的
含量是衡量烟叶品质的重要指标之一［10］。烟叶中高
的 K +含量，还能提高烟草制品的安全性及香吃味
等［11，12］。然而，与国际优质烟相比，我国烟叶 K +含量
普遍偏低。因此，提高烟叶中 K +的含量，是我国发展
优质低害烟叶生产所要急需解决的课题。深入研究烟
草 K +吸收、转运与利用的分子机制，对于提高烟草
K +营养的效率、增强烟草对 K + 的积累具有重要的理
论意义。目前，只从黄花烟草(Nicotiana rustica)中克
隆出了高亲和 K +吸收转运基因 NrHAK1［13］，栽培烟草
(Nicotiana tabacum)K +吸收转运基因的克隆却鲜见报
道。本研究利用 K326 进行了烟草高亲和 K + 吸收转
运基因 NtHAK1 的克隆，并对其序列进行了生物信息
学的分析，同时，研究了其组织表达模式及受低 K +胁
迫诱导表达的情况，旨在为烟草 K + 吸收转运的分子
机制研究与利用奠定基础。
1 材料与方法
1. 1 材料
烟草品种为 K326(Nicotiana tabacum cv． K326)。
DH5α 大肠杆菌菌株(E． coli)由国家植物生理生化重
点实验室细胞信号转导研究室提供。各种限制性内切
酶、dNTP、Pyrobest DNA 聚合酶及 5’RACE KIT 购自
TaKaRa 公司;Taq plus DNA 聚合酶购自鼎国生物技术
公司;Oligo dT、pGEM-T 载 体 购 自 Promega 公 司;
Superscript II 反转录试剂盒系 Invitrogen 公司产品;氨
苄青霉素、β-巯基乙醇及其他常规试剂均为国产试剂。
DNA Marker 为宝生物及天为时代公司产品。［α-32 P］
dCTP 由北京福瑞生物工程公司生产。
PCR 引物合成与测序:PCR 引物(表 1)由北京奥
科公司、上海生工及上海 Invitrogen 公司合成;测序由
北京三博及上海 Invitrogen 公司完成。
表 1 NtHAK1 基因扩增时各扩增反应所用的引物及组合
Table 1 PCR primers for amplification of NtHAK1 gene in various amplification reactions
扩增类别
amplification sort
引物
primer
引物序列
primer sequence (5’－ 3’)
长度
length(bp)
同源扩增
homology amplification
421PF
421PR
5’-CTG GCT TAT CAA TCT TTT GGA RTN RTN TAY GG-3’
5’-CAG CAG CAA AAG TAG CAA TAA CAA RNA YNG GCC A-3’
973
3RACE QT
5’-CCA GTG AGC AGA GTG ACG AGG ACT CGA
GCT CAA GCT TTT TTT TTT TTT TTT T-3’
474
Q0 5’-CCA GTG AGC AGA GTG ACG-3’
P1 5’-CTGGGAGGGA TCATGCTCAG CATTA-3’ 1029
5RACE A5RT 5(p)CACCTTGATCCCACCAGAAGC-3
A5P1 5-GTCGACATGCTAAGATAAACACAATTCC-3
A5P2 5-GCACTTCTTATTCTTGTAGTTGTTGGCAC-3
A5PR3 5-CTTGAGGAGAGGGATAAGCGTAAG-3
A5PR4 5-CATCCTCTGGATCATCAATTCCATGGG-3
Northern Blot probe NtHNPF 5’-ACGCTTATCCCTCTCCTCAAG-3’ 594bp
NtHNPR 5’-CCCAGTGATGTCCAACCTTCA-3’
RT-PCR 18sPF 5’-CCTGAGAAACGGCTACCAT-3’ 137
18sPR 5’-CGTGTCAGGATTGGGTAAT-3’
074
3 期 烟草钾转运体基因 NtHAK1 的克隆及表达模式分析
1. 2 方法
1. 2. 1 烟草总 RNA 的提取及反转录获得 cDNA 取
生长 2 周的烟草幼苗，在液氮中速冻后，采用王小利
等［14］的方法提取烟草总 RNA，然后以 Oligo (dT)为
引物，取总 RNA 5μg，按照 cDNA 合成试剂盒的操作说
明合成 cDNA 第 1 链。
1. 2. 2 目的基因的克隆 同源片段的扩增是根据对
植物 KUP /HAK /KT 家族拟南芥、水稻、大麦及水生植
物 Cymodocea nodosa 的高亲和 K +转运体的序列比对、
保守域及 motif 的分析结果，利用软件 CODEHOP［15］，
设计出 1 对兼并引物，命名为 PF 及 PR，进行同源扩
增。反应体系(50μl):10 × Taq Buffer(mg2 + )5μl，
dNTP Mixture (2. 5mmol /L)5μl，PF (10μmol· L － 1)
3μl，PR (10μmol· L － 1)3μl，反转录反应液 1μl，Taq
0. 2μl，ddH2O 32. 8μl。扩增反应程序为:94℃预变性
3min:94℃变性 30s，53℃退火 30s，72℃延伸 1. 5min，
35 个循环。将扩增所得片段回收纯化后，连接到 T 载
体上进行测序。测序结果在 NCBI 网站进行 BLAST 检
索，确定所克隆的序列与植物高亲和 K + 转运体的同
源性。
目的基因 3’端(3’RACE)与 5’端的扩增(5’
RACE)是根据同源片段扩增后的测序结果，设计 3’
RACE 正向引物(P1)及反向引物(Q0)，采用王关
林［16］所介绍的 3’RACE 的方法，对目的基因进行 3’
端扩增。反应总体系(20μl):10 × Taq Buffer (mg2 +)
2μl，dNTP Mixture (2. 5mmol /L)2μl，P2 (10μmol·
L － 1)1. 5μl，Q1 (10μmol·L － 1)1. 5μl，反转录反应液
1μl，Taq 0. 2μl，ddH2O 11. 8μl。扩增反应程序为:
94℃预变性后，降温到 72℃反应 3min，94℃变性 30s，
57℃退火 60s，72℃延伸 1. 5min，35 个循环。
同时，在 5’端的合适位点设计 1 条反转录引物
(A5RT)及 2 对反向扩增引物(A5P1、A5P2、A5PR3 与
A5PR4)进行巢式 PCR 扩增。进行 5’RACE 时，首先
应利用引物 A5RT 进行反转录(体系与条件参见试剂
盒说明书)，合成 cDNA 的第一链;然后，以该 cDNA 为
模板，以 A5P1、A5PR3、A5P2、A5PR4 为引物进行巢式
PCR 扩增，从而得到目的基因的 5’端。反应总体系
(20μl):10 × Taq Buffer (mg2 + )2μl，dNTP Mixture
(2. 5mmol /L)2μl，引物 (10μmol·L － 1)各 1. 5μl，反
转录反应液 1μl，Taq 0. 2μl，ddH2O 11. 8μl。扩增反应
程序为:第一轮 94℃预变性 3min，94℃变性 30s，45℃
退火 60s，72℃延伸 1min，35 个循环。然后，以第一轮
扩增产物为模板，进行第二轮扩增，反应程序为:94℃
变性 30s，57℃退火 30s，72℃延伸 1. 5min，35 个循环。
PCR 产物回收后经 T 载体克隆、测序，然后利用
DNAMAN 软件与已克隆的基因片段进行拼接，得到全
长 cDNA 序列。
1. 3 分析与鉴定
1. 3. 1 烟草 NtHAK1 编码蛋白质的生物信息学分析
根据全长 cDNA 序列，利用 DNACLUB 软件，推测目
的基因的氨基酸序列。利用 NCBI 提 供 的 软 件
(http:/ /www． ncbi． nlm． nih． gov / gorf / gorf． html)寻
找开放阅读框;运用 DNAMAN 软件分析目的基因编码
蛋白的分子量和等电点，并进行疏水性分析;运用在线
跨膜区分析软件 TMHMM 2. 0(http:/ /www． cbs． dtu．
dk / services /TMHMM)进行跨膜区分析。利用 NCBI 的
蛋白质结构功能域分析软件(http:/ /www． ncbi． nlm．
nih． gov / structure / cdd /wrpsb． cgi)进行蛋白质结构保
守功能域的分析。
使用 Clustal W (http:/ /www． ebi． ac． uk /Tools /
clustalw2 / index． html)进行氨基酸序列同源性分析，构
建植物 HAK 系统进化树。
1. 3. 2 组织表达分析 在目的基因的中部选取合适
的位置设计 1 对引物，命名为 NtHNPF 与 NtHNPR 进
行探针扩增，PCR 反应条件为:94℃预变性 5min;94℃
变性 30s，55℃ 退火 30s，72℃ 延伸 1min，30 个循环。
然后，利用 Northern 印迹对目的基因在根、茎、叶及花
中的表达情况进行检测。总 RNA 的提取方法采用王
小利等［14］的方法，Northern 印迹法采用王关林等［16］的
方法进行。
1. 3. 3 目的基因的低 K +诱导表达(RT-PCR) 将在
MS 上生长 3 周的幼苗，分别移到 MS 及 LK MS 上。然
后，在 0、12、24、48 和 96h 取幼苗冠部样品。提取所取
样品总 RNA，以随机 6 核苷酸寡聚合物为引物进行反
转录(反转录体系为 10μl)，具体操作按照试剂盒说明
书进行。然后以反转录后合成的 cDNA 为模板，用烟
草的 18S rRNA (EU039827)做内标定量后，再扩增目
的基因的片段，分析目的基因在不同条件下的表达量，
以确定目的基因的表达是否受低 K + 的诱导。烟草
18S rRNA 扩增的 PCR 反应条件为:94℃预变性 5min;
94℃变性 30s，54℃ 退火 40s，72℃ 延伸 30s，20 个循
环。扩增目的基因的片段时，以 NtHNPF 与 NtHNPR
为引物，PCR 反应条件见 1. 3. 2。
2 结果与分析
2. 1 NtHAK1 基因的克隆与分析
以 421PF 及 421PR 为引物，以烟草幼苗总 RNA
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核 农 学 报 25 卷
反转录合成的 cDNA 为模板，扩增出 1 条约 1kb 左右
的片段(图 1)，命名为 NtKseg。经回收、纯化及测序，
将 NtKseg 的序列在 TAIR 及 NCBI 上进行 BLAST，结
果表明，NtKseg 与 HvHAK2、McHAK2p 等 K + 转运蛋
白具有较高的 DNA 序列相似性(81%)。由此说明，
NtKseg 很有可能是一个与 K + 吸收转运相关蛋白的
DNA 序列片段。
图 1 NtHAK1 片段的克隆
Fig． 1 Cloning of NtHAK1 segment
在获得同源片段的基础上，设计引物 Q0 与 P1 对
目的基因进行了 3’端(图 2)的扩增。然后再设计巢
式引物 A5P1、A5P2、A5PR3、A5PR4 对目的基因进行
5’端(图 2)的扩增。将得到的扩增片段回收、纯化及
测序后，分别得到了长约 480 及 1030bp 左右的 DNA
片段序列，分别命名为 NtKseg3 及 NtKseg5。
将 NtKseg3 的 序 列 在 TAIR 及 NCBI 上 进 行
BLAST，结果表明，NtKseg3 与 HvHAK2、McHAK2p 等
K +转运蛋白具有较高的序列相似性(80%)。同时，将
该序列与同源片段 NtKseg 的序列进行拼接，发现其与
同源片段 NtKseg 的序列有约 200bp 的重叠区。由此说
明 NtKseg3 与 NtKseg 同属一个基因，是该基因的 3’端。
将 NtKseg5 与同源片段 NtKseg 的序列进行拼接，
发现其与同源片段 NtKseg 的序列有重叠区。由此说
明，NtKseg5 与 NtKseg 同属一个基因，是该基因的 5’
端。
图 2 NtHAK1 RACE 的结果
Fig． 2 RACE results of NtHAK1
A:3RACE;B:5RACE
将 NtKseg5、NtKseg 及 NtKseg3 序列进行拼接后，
得到了目的基因的全长，将该基因命名为 NtHAK1
(Nicotiana tabacum High-affinity K uptake)，全 长
2016bp(图 3)。将该基因在 GenBank 上登录，登录号
为 GU563544。
2. 2 烟草 NtHAK1 编码蛋白序列的生物信息学分析
2. 2. 1 序列及特征分析 利用阅读框分析软件(
http:/ /www． ncbi． nlm． nih． gov / gorf / gorf． html)分析
了烟草基因 NtHAK1 cDNA 全序列，结果发现 1 个完整
的开放阅读框。其起始密码子位于 657 位，终止密码
子位于 1793 位。在网站(http:/ / cn． expasy． org / tools /
protparam． html)预测表明，NtHAK1 编码一个 378 个氨
基酸的蛋白质，其分子量约为 42. 27kDa，等电点 7. 2
(图 4)。从基因的结构看，其 5’UTR 区位于 1 ～ 656
位核苷酸，而 3’UTR 则位于 1794 ～ 2010 位核苷酸。
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3 期 烟草钾转运体基因 NtHAK1 的克隆及表达模式分析
图 3 NtHAK1 基因的 cDNA 序列及其推测的蛋白质序列
Fig． 3 cDNA sequence of NtHAK1 gene and its deduced protein sequence
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核 农 学 报 25 卷
2. 2. 2 烟草 NtHAK1 编码蛋白的跨膜区及疏水性分
析 利用 DNAMAN 及网上跨膜区分析工具软件
TMHMM 2. 0 (http:/ /www． cbs． dtu． dk / services /
TMHMM)，对 NtHAK1 的跨膜区进行了分析。结果表
明，NTHAK1 具有 6 个跨膜螺旋(图 4)，其位置分别为
第 48 ～ 70、第 90 ～ 112、第 180 ～ 202、第 222 ～ 240、第
247 ～ 269 以及第 319 ～ 341 氨基酸。同时，在其 N 端
还发现了信号肽序列。
图 4 NtHAK1 跨膜区的分析
Fig． 4 Transmembrane domain analysis of NtHAK1
对 NtHAK1 氨基酸序列的疏水性分析表明，
NtHAK1 具有疏水区，富含疏水氨基酸(图 5)。
图 5 NtHAK1 疏水性的分析
Fig． 5 Hydrophobicity analysis of NtHAK1
以上对 NtHAK1 进行的跨膜区及疏水性分析的结
果说明，NtHAK1 是一个膜蛋白。
2. 2. 3 烟草 NtHAK1 编码蛋白的功能分析 利用
NCBI 的蛋白质功能保守域分析软件对 NtHAK1 编码
的氨基酸序列进行分析，结果表明，NtHAK1 的氨基酸
序列中包含 K + 转运蛋白的功能保守域 cl01227(图
6)。cl01227 是一个 K +转运体蛋白的功能保守域，在
细菌(KUP)、酵母(HAK)及植物(AtKT)中相当保守。
COG3158 (kup)、pfam02705 (K_trans)、TIGR00794 与
PRK10745 都是该家族的成员。由此说明，NtHAK1 编
码的蛋白在功能上，与烟草对 K +的吸收与转运相关。
图 6 NtHAK1 蛋白的功能结构域分析
Fig． 6 Functional domains analysis
of NtHAK1 protein
2. 2. 4 烟草 NtHAK1 编码蛋白的同源性分析 为探
明 NtHAK1 与其他植物的 K +转运体基因的同源性，在
TAIR 数据库中进行了 BLASTN，结果表明，NtHAK1 与
AtKUP10、AtKUP11、AtKUP5、AtHAK5 及 HvHAK2 具有
较高的核苷酸序列同源性，说明该基因应为一个与
K +的吸收、转运相关的新基因。同时，BLASTP 分析发
现，NtHAK1 所编码的蛋白质的氨基酸序列为一新序
列，与拟南芥的 AtHAK5、AtKUP1、AtKUP10、AtKUP11、
水稻的 OstHAK2、OsHAK11，芦苇(PhaHAK4)及辣椒
(CnHAK1)的 高 亲 和 K + 转 运 蛋 白，以 及 蚕 豆
(VifHAK)与葡萄(VivKUP1)的 K +转运蛋白有较高的
序列相似性，其相似性分别达到了 54%、52%、80%、
80%、52%、76%、53%、48%、53%和 47%(图 7)。
图 7 NtHAK1 及一些主要的高亲和 K +转运体
的同源性分析
Fig． 7 Alignment of NtHAK1 and some
main high-affinity potassium transporters．
At:Arabidopsis thaliana;Os:Oryza sativa;Pha:Phragmites australis;
Vif:Vicia faba;Nt:Nicotiana tabacum;
Cn:Capsicum annuum;Viv:Vitis vinifera
2. 3 烟草 NtHAK1 的表达模式分析
2. 3. 1 组织表达部位分析 为确定 NtHAK1 在烟草
植株的表达部位，利用 Northern 印迹的方法，对
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3 期 烟草钾转运体基因 NtHAK1 的克隆及表达模式分析
NtHAK1 在烟草植株根、茎、叶及花等组织的表达情况
进行了分析(图 8)。
图 8 NtHAK1 的组织表达部位分析
Fig． 8 Tissue expression of NtHAK1
Northern 印迹分析的结果表明，NtHAK1 在叶、茎
及花等组织中均有表达，在叶片中的表达相对较强，在
茎及花等组织中的表达相对较弱，而在根中则几乎没
有表达。由此说明，该基因的表达组织特异性不强。
这种非特异组织表达的特性，与高亲和 K + 转运体家
族(KUP /HAK /KT)非特异组织表达的特征是一致
的［17］。
2. 3. 2 NtHAK1 对低 K +诱导的响应 为了解 NtHAK1
的表达是否受外界低 K +环境的诱导，对 NtHAK1 在低
K +条件下的表达量进行了 RT-PCR 分析(图 9)。分
析结果表明，低 K +处理 12、24、48 及 96h NtHAK1 的表
达量并无明显变化，说明 NtHAK1 的表达并不受外界
低 K + 胁迫的诱导。已有研究结果表明，大多数植物
K +转运体的表达并不受外界低 K +环境的诱导［17］，因
此，本研究的结果与前人的研究结论是相一致的。
同时，在 MS 上移苗时发现，NtHAK1 的表达量有
所波动，表现为在 12 和 48h 的表达量有所下降，这种
情况的出现可能是由烟草幼苗的生长状态或其他原因
造成的。
图 9 NtHAK1 响应低 K +诱导表达分析
Fig． 9 Low potassium response of
NtHAK1 with time course
3 讨论
在高等植物中，与 K + 的吸收与转运相关的
蛋白是十分庞大的一类蛋白，可以分为通道蛋白与高
亲和 K +转运体蛋白两类。在植物的高亲和 K + 转运
体蛋白中，KUP /HAK /KT 家族所编码的基因，介导高
亲和性的 K +吸收转运，是在外界 K +缺乏条件下起重
要作用的 K +转运系统，也可能起着 H + -K + 同向转运
体的作用［18］。植物 KUP /HAK /KT 家族是一个大家
族，在拟南芥有 13 个成员［19］，在水稻中至少有 17 个
成员［20］。
在结构上，植物 KUP /HAK /KT 家族成员的拓扑
结构尚不清楚，可能具有 10 ～ 12 个 TMS 跨膜区，在第
2 和 3 个 TMS 之间有 1 个长的胞质环结构［20，21］。生
物信息学分析结果表明，本研究所克隆的基因 NtHAK1
所编码的多肽是一个膜蛋白，它具有 6 个跨膜区。在
其氨基酸序列中，包括 K + 高亲和转运蛋白所特有的
功能保守域 cl01227 结构域。因而可以推断，NtHAK1
极有可能在烟草中行使 K + 离子吸收与转运的功能。
但其功能的最终认定及其在烟草 K +营养中所发挥的
作用，尚需做进一步的研究。
植物的 KUP /HAK /KT 转运体可在不同器官与组
织中表达，并发挥其功能［22］。对于拟南芥 KUP /HAK /
KT 家族的基因而言，其在拟南芥的根、茎、叶、花及角
果 中 均 有 表 达，只 是 表 达 的 量 有 所 不 同［17］。
NrHAK1［13］是从黄花烟草(Nicotiana rustica)中克隆出
来的一个属于植物 KUP /HAK /KT 家族的基因，其在
根、叶及花中均有表达。NtHAK1 在烟草各器官的表达
量亦不相同，其在茎、叶及花中表达较强，但在根中的
表达极弱，表现出组织特异性表达不强的特点，说明它
广泛参与了 K + 的吸收、转运及再分配等过程。
NtHAK1 在烟草各组织器官表达的普遍性，与 KUP /
HAK /KT 家族基因表达的非组织特异性是相一致的。
然而，NtHAK1 在烟草根部表达较为微弱的事实，很可
能预示着该基因与根部 K +的吸收没有直接的关系或
无关，而与地上部分 K + 的跨膜运输有密切的关系。
这个问题的解决需进一步的试验。
植物的 KUP /HAK /KT 转运体的表达模式较为复
杂，对拟南芥来说，其 KUP /HAK /KT 家族的 11 个基因
中，只有 AtHAK5 对外界的低 K +胁迫产生响应［17］，而
其余基因的表达量并没有发生明显改变。当进行 K +
饥饿处理时，一些农作物的 HAK 基因也表现出表达上
调的趋势［23 ～ 25］。对于烟草而言，NrHAK1 的表达与外
界 K + 浓度有关，并且受环境中 NH +4 是否存在所制
约。在本研究中，NtHAK1 的表达并不响应低 K + 的诱
导，这种表达特性，既验证了植物的 KUP /HAK /KT 家
族基因表达模式的多样性，又暗示 NtHAK1 的调节应
该是一种翻译水平的调节或翻译后的调节。因此，探
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Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2011，25(3):0469 ～ 0476
索 NtHAK1 在不同胁迫条件下的表达模式，也是下一
步研究工作的重点。
4 结论
本研究采用同源克隆的方法，在烟草中克隆得到
了一个 K + 吸收转运基因 NtHAK1。该基因编码一个
378 个氨基酸长的多肽，并包含有 K +转运蛋白的功能
保守域 cl01227。在氨基酸序列上，它与拟南芥、水稻
等植物的高亲和 K + 转运蛋白具有较高的序列相似
性。同时，NtHAK1 的表达没有组织特异性，并不响应
外界低 K +的诱导。
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(责任编辑 王媛媛)
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