钾是植物生长发育所必需的矿物质元素，农作物在缺乏钾元素的土壤里不能正常生长发育。我国耕地土壤中缺钾现象较为严重，而我国的钾矿资源又极度匮乏，钾肥多依赖进口。因此，钾肥施用量不足已成为制约我国农业发展的重要因素，而提高农作物对钾元素的吸收利用效率是解决钾肥资源短缺问题的重要途径之一。

　　钾离子通道是植物转运钾离子的重要途径之一，但是钾离子通道的整流控制是如何工作的，到目前为止都还是分子生物学中的一个谜。

　　在尊龙凯时的资助下，首都师范大学生命科学院教授李乐攻等利用电压钳、大膜片钳、DNA改组（DNA Shuffling）等技术，以植物钾通道为研究对象，发现了控制通道流向转换的分子偶联机制，揭开了使同一离子通道的离子流向发生逆转的关键因素。这项研究成果不仅发现了控制植物钾离子流向的新机制，也为其他离子的流向控制提供了可供借鉴的调控模式；而且它对于促进作物营养循环利用也具有重要的意义；在此基础上继续深入研究，可能有助于更清楚地理解离子转运的复杂调控网络。

　　《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志因该成果具有普遍的生物学指导意义而将其收录，并将在2月26日公布。

　　“游戏”中的意外发现

　　近年来，研究人员已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离到多种钾离子通道基因，包括内向整流型钾离子通道基因和外向整流型钾离子通道基因。

　　“我当时还在加州大学伯克利分校工作，在研究过程中，同一个实验室的同事刘琨和我比较了内向型钾离子通道基因和外向型钾离子通道基因的氨基酸残基，发现两者之间并没有明显的区别。”李乐攻回忆说。

　　没有特别强的目的性，只是出于好奇和对内外通道整流这一问题的兴趣，刘琨和李乐攻把一种常用研究植物拟南芥的外向型钾离子通道基因片断截取下来，用“洗牌术”进行处理，然后观察可能出现的情形。

　　李乐攻告诉记者，“之所以选择拟南芥做样本，是因为它是一种典型的模式植物，具有生长周期短、种子繁殖量大和染色体数目少等特点，而且它的基因组测序早就完成了。”

　　李乐攻用“洗牌术”（指将DNA片段打乱重组，即DNA改组）将拟南芥基因在分子水平上进行有性重组。通过在短时间内对靶序列进行多次重组，改变单个基因(或基因家族)原有的核苷酸序列，创造新基因，并赋予表达产物新功能。据介绍，通过片段化的DNA在体外重新组装，能在分子水平上大量创造和生产优质的分子。经过改组后的DNA可以被导入各种模式细胞中，使得遗传操作具有很大的主动性，且改组后的基因表达产物易于识别、鉴定。

　　紧接着，李乐攻把“洗牌”得到的产物分别植入CY162筛选系统。CY162筛选系统是一种酵母，这种酵母最大的特点就是它本身没有内向型钾离子通道，因此在低钾环境中它是无法生长的。令他们感到意外的是，拟南芥的外向型钾离子通道基因“洗牌”产物植入筛选系统后，有一部分CY162在低钾环境也可以生长了。这就说明，“洗牌”产物中有外向型钾离子通道基因转变成了内向型钾离子通道基因。