北京时间2024年4月3日17时，《自然—植物》（Nature Plants）在线发表了西湖大学申怀宗团队与浙江大学杨帆团队的合作研究成果，报道了水稻中阳离子通道HKT2;1和HKT2;2/1的离子选择和转运机理，为开发新的耐盐碱作物品种和增加作物产量提供了重要见解。

西湖大学生命科学学院研究员申怀宗和浙江大学基础医学院长聘副教授杨帆为该论文的共同通讯作者，申怀宗团队博士后王小慧、科研助理申晓帅、博士生曲彦南、杨帆团队博士后张恒和申怀宗课题组博士生王楚为该论文共同第一作者。

植物高亲和性钾离子转运蛋白（high-affinity K+ transporter, HKTs）在维持植物Na+和K+离子平衡方面发挥着关键作用，进而可以影响植物在K+缺乏条件下的生长发育，并在植物响应盐碱胁迫中发挥重要功能。本研究报道了水稻HKT2;1和HKT2;2/1的冷冻电镜结构，其整体分辨率分别为2.5 Å和2.3 Å。

图一 水稻HKT2;1和HKT2;2/1的高分辨率冷冻电镜结构

植物中HKT依据离子选择性的不同可以分为Class I和Class II两种亚家族。其中绝大多数Class I亚家族HKT只能通透Na+离子，而Class II亚家族HKT则可以同时通透Na+和K+离子。HKT2;1和HKT2;2/1分别具有典型的Class I和Class II亚家族离子选择筛序列。通过比较HKT2;1和HKT2;2/1的选择性滤器精细结构，文章揭示了氨基酸Ser88/Gly88和Val243/Gly243在两种亚家族HKT通道实现各自特异的Na+和K+离子选择性中的关键作用。该发现得到了电生理、酵母功能互补和分子动力学模拟等实验结果的验证。

图二 Class I和Class II HKT对于Na+和K+离子不同选择性的结构基础

本研究还揭示了HKT蛋白的离子通透孔道中一个由进化上高度保守氨基酸所形成的狭窄区域，并推测该狭窄区域可能参与到通道的开闭过程中。连接HKT蛋白的第II和第III重复单元的连接肽在结构中呈现出指向通道狭窄区域的稳定结构，暗示其有可能参与到通道的门控调节过程。电生理和酵母功能互补实验同样证实了这些结构特征的功能重要性。

总之，该项工作通过解析水稻HKT2;1和HKT2;2/1离子通道的高分辨率冷冻电镜结构，揭示了HKT两类亚家族对于Na+和K+离子表现出不同选择性的结构基础，对可能参与HKT通道开闭的关键序列进行了结构分析和实验验证，为开发新的耐盐碱作物品种和增加作物产量提供了重要见解。

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https://www.nature.com/articles/s41477-024-01665-4