《自然通讯》：植物通过吸收钾来节省能量

植物甚至可以从土壤中提取最微量的重要营养元素钾。由茨堡大学生物物理学家Rainer Hedrich领导的一个团队在《自然通讯》上描述了它们是如何实现这一目标的。

　　

钾是植物大量需要的营养物质之一。然而，土壤中钾的含量差异很大:缺钾土壤的钾含量可能比富钾土壤少一千倍。为了能够灵活地对这些差异作出反应，植物已经发展出适应各自土壤条件的钾吸收机制。

和人体细胞一样，植物细胞也能在大约100毫摩尔的钾浓度下工作。如果根系发现钾浓度明显较低或只有微量钾，它们只能通过消耗能量将钾吸收到细胞中。这是通过钾离子通道AKT1和钾转运体HAK5之间的相互作用实现的。

研究与植物育种有关

德国巴伐利亚州维尔茨堡大学的Rainer Hedrich教授说:“尽管从20世纪90年代末就已经知道了HAK5，但到目前为止，它的运输机制在很大程度上仍然未知。”由生物物理学家领导的一个研究小组现在想要阐明这一机制:“当涉及到在不施肥或只施用少量肥料的土地上也能产生产量的作物时，这方面的知识是很重要的，也就是说，可以用更少的肥料来管理。”

在他们的实验中，由第一作者Tobias Maierhofer和Sönke Scherzer领导的研究小组受益于他们在钾通道AKT1方面的丰富经验。该小组现在在《自然通讯》杂志上详细描述了他们的研究结果。

建立pH梯度需要消耗能量

为了使AKT1通道将钾转运到细胞中，需要较高的土壤钾浓度。细胞膜的正常电场足以作为能量来源。另一方面，HAK5转运蛋白已经在低钾土壤中起作用了。除了电场，它还需要pH梯度的能量。植物必须在细胞膜上建立这种梯度，而这需要消耗能量。

进一步的实验表明，当土壤中钾浓度波动时，钾转运体HAK5和钾通道AKT1以节能的方式合作。

传送器必须有一个钾传感器

高浓度时，耗电的转运蛋白HAK5被关闭。这意味着转运体必须有一个钾传感器。在寻找传感器的过程中，结构生物学家Inga Hänelt和她的同事Thomas Müller取得了进展:他们发现了一种的突变体，这种突变体对钾的亲和力降低了100倍。

“现在重要的是更详细地探索触发突变的分子反应，”Rainer Hedrich在描述下一个研究目标时说。他还想弄清楚钾离子进入根细胞的运输是如何与质子运输机械和能量耦合的。