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盐害是提高农作物产量的主要限制因素。盐害的主要形式之一是高钠离子胁迫。胞质中积累的高浓度钠离子将会竞争钾离子与细胞新陈代谢过程中酶的结合位点，使酶失活、细胞功能紊乱。因而，维持植株细胞水平及整株水平的钠钾平衡是植物抵御盐胁迫的重要机制。根据对NaCl的耐受程度，植物可分为淡土植物和盐土植物，其中盐土植物至少可以耐受200mM NaCl胁迫，可以完成整个生长周期。大多数作物属于淡土植物，在高于200mM NaCl胁迫下无法完成整个生长周期。高亲和性钾离子转运蛋白HKT(High Affinity PotassiumTransporter)是由4个保守的MPM(membrane-pore-membrane)基序组成，每个基序是由2个跨膜区域和1个保守的P-Loop区域组成。根据第一个P-Loop区PA保守位点氨基酸的不同，HKT蛋白可分为两个亚家族。目前研究表明，淡土植物可通过表达在木质部维管束薄壁细胞膜的HKT蛋白的排钠功能，卸载木质部中钠离子以减少地上部Na+离子含量。而盐土植物除具有排钠功能外，还可以通过HKT蛋白选择性吸收钾离子调控钠钾平衡，但有关Na+胁迫下淡土植物HKT蛋白钾离子转运的特性尚未明晰。 高粱（Sorghum bicolour）属于淡土植物，相比水稻、小麦及玉米较耐盐，关于高粱HKT蛋白在钠钾调控中的作用未曾报道。本论文主要研究了高粱HKT基因家族在钠钾离子平衡调控中的功能。高粱HKT蛋白家族有4个成员（SbHKT1;3，SbHKT1;4, SbHKT1;5，SbHKT2;1）。SbHKTs基因启动子区存在11-15个参与应答干旱、高盐等非生物胁迫及逆境信号传导途径相关的顺式作用元件。SbHKTs蛋白均具有保守的功能结构域TrkH。烟草表皮细胞瞬时表达分析表明SbHKTs蛋白定位于细胞膜。 SbHKTs基因具有组织表达特异性，SbHKT1;4在根、叶鞘及叶脉中表达量相对较高;SbHKT1;5基因主要在茎中表达;SbHKT1;3和SbHKT2;1在地上部的表达明显高于根中的表达。在高Na+胁迫下，除SbHKT1;3基因外，其余SbHKTs基因的表达在耐盐与盐敏感高粱品种中均存在显著差异。但是，在外界高Na+胁迫下，添加足量KCl的条件下，SbHKT1;5与SbHKT2;1基因在两个品种间的表达调控差异不明显，仅SbHKT1;4基因的表达水平在耐盐品种与盐敏感品种中存在显著差异。在耐盐品种2007中，SbHKT1;4基因仍然保持较高水平的上调表达，而在Ji2731中则无明显调控应答。 高粱SbHKTs基因的G19（MA Ta，his3，leu2, ura3，trp1，ade2，andena1∷HIS3∷ ena4）转化菌株的生长抑制实验结果显示，仅SbHKT1;4基因的G19转化菌株在高Na+胁迫下表现出更高的Na+敏感性，具有明显的Na+离子转运功能，但添加足量的K+可缓解Na+敏感的生长抑制表型。钾离子吸收缺陷的酵母菌株W△6(Mat a ade2 ura3 trp1 trk1D∷LEU2 trk2D∷HIS3)的互补实验得出，SbHKT1;4和SbHKT2;1基因的W△6转化菌株均可以在低钾培养基中正常生长，具有较强的钾离子吸收特性。同时发现培养基中高Na+离子对SbHKT1;4的钾的转运吸收基本无影响，但SbHKT2;1的互补能力受到显著的影响。而SbHKT1;3和SbHKT1;5基因不具备互补钾吸收缺陷的功能。以上结果说明高粱SbHKT1;4蛋白具有明显的Na+转运特性，并且具有高Na+离子条件下对K+的选择吸收特性。 通过高粱SbHKTs的拟南芥athkt1-1转基因植株的NaCl胁迫处理，发现仅SbHKT1;4的转基因植株表现出比未转化株更明显的生长受抑制的Na+敏感表型，但在培养基中添加足量的K+可缓解盐敏感症状，可通过提高K+的含量使植株体内高Na+/K+比值得到恢复。在转基因拟南芥缺钾胁迫实验中同样发现，在添加足量K+离子后，SbHKT1;4基因的转基因植株中钾离子含量显著升高。我们通过以上拟南芥转基因的实验得出，高粱SbHKT1;4蛋白在植物细胞中也具有Na+的转运特性，并且在高Na+离子条件可选择吸收K+离子来调控钠钾平衡。 总之，高粱HKT基因家族在协调植株体内钠钾离子平衡中具有不同的离子转运特性。SbHKT1;4蛋白，既具有显著的Na+转运功能，也具有在Na+胁迫下选择吸收K+离子的一种类似于盐生植物中HKT蛋白的特性，参与维持植株体内的钠钾平衡。S bHKT1;4蛋白的高亲和性钾离子选择吸收特性可能是高粱较耐盐的一个重要原因，我们的结果为耐盐作物的改良及培育提供一种新思路。