甘蔗是重要的糖料作物，生育期长、生物量大，对钾肥的吸收量大，据估计，每生产一吨甘蔗大约需吸收2-2.5kg 的钾素。我国甘蔗主要栽培在南方亚热带地区，蔗区土壤普遍存在酸化、钾淋溶严重等现象，蔗区耕作层中全钾和速效钾的含量都处于较低水平。此外，我国可溶性钾肥资源紧缺，供应不足，50%以上依赖进口，而在生产过程中甘蔗对钾肥的利用率也仅30%左右，这些均制约了我国甘蔗产业的健康发展。高亲和钾转运蛋白HAK（high affinity K transporter）能加强植物在低钾胁迫时的钾吸收和转运。因此深入探讨甘蔗HAK基因的生物学功能及其调控耐低钾胁迫的机制，可为通过常规育种和现代生物技术培育钾高效的优良品种提供重要参考。

南繁种业所生物育种研究团队近年来一直在探索甘蔗钾高效的遗传基础和分子机制，以期为甘蔗耐低钾品种的选育提供理论指导。该团队利用比较基因组学等生物信息学方法在甘蔗属割手密中鉴定到30个钾转运蛋白HAK基因，结合14个代表性的被子植物共279个HAK成员进行了系统演化分析，并且分析了甘蔗HAK家族基因在不同发育时期、昼夜节律、不同叶段以及在低钾胁迫下的表达，提出HAK基因家族不同成员的作用部位及功能。

该研究鉴定到能提高甘蔗钾肥利用效率的可靠候选基因，为进一步通过现代精准育种技术培育钾营养高效利用的甘蔗优良品种奠定了基础。相关研究成果发表在BMC Plant Biology （IF=3.67），冯晓敏博士为第一作者，齐永文研究员为本文通讯作者。该工作得到了广东省科学院博士引进专项资金、国家糖料产业技术体系和广东省科技计划等项目资助。

图：HAK基因家族成员在不同发育时期、昼夜节律、不同叶段以及在低钾胁迫下的作用部位及功能模式

论文信息：Feng, X., Wang, Y., Zhang, N. et al. Genome-wide systematic characterization of the HAK/KUP/KT gene family and its expression profile during plant growth and in response to low-K+ stress in Saccharum. BMC Plant Biol 20, 20 (2020). https://doi.org/10.1186/s12870-019-2227-7