CN103396477A

CN103396477A - 与植物吸收钾离子的能力相关的蛋白质及其编码基因和应用

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Publication number: CN103396477A
Application number: CN201310341590XA
Authority: CN
Inventors: 田晓莉; 徐娟
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: CN103396477B

Abstract

本发明公开了一种与植物吸收钾离子的能力相关的蛋白质及其编码基因和应用。本发明提供的蛋白质，获自棉花品种“辽棉17号”，命名为GhAKT1蛋白，是如下（a）或（b）或（c）或（d）：（a）由序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；（b）将序列1经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物耐低钾逆境胁迫相关的由序列1衍生的蛋白质；（c）将序列1经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物吸收钾离子的能力相关的由序列1衍生的蛋白质；（d）将序列1经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物发育相关的由序列1衍生的蛋白质。本发明对于植物新品种，特别是棉花新品种具有重大价值。

Description

与植物吸收钾离子的能力相关的蛋白质及其编码基因和应用

技术领域

本发明涉及一种与植物吸收钾离子的能力相关的蛋白质及其编码基因和应用。

背景技术

钾是植物生长必需的三大营养元素之一，与酶活性、蛋白质合成、光合作用、油脂合成、气孔运动、离子平衡及抗逆性都密切相关。钾营养缺乏导致植株生长缓慢，植株矮小并且根系发育不良甚至发生腐烂，抗逆性、抗病性降低。

近年来随着我国高产品种的推广，氮、磷肥施用量的增加以及对农产品品质要求的提高，我国缺钾土壤的范围逐渐扩大。中国耕地中有1/4至1/3的土壤缺钾或严重缺钾，每公顷土壤每年作物带走的钾素较施用的钾肥多60kg，而且这一情况还在不断恶化。此外，我国钾矿资源匮乏，钾肥的进口依存度在70%以上。土壤缺钾及钾肥资源短缺已经成为制约我国、甚至世界农业发展的重要限制因素。因此，提高作物对钾的利用效率是解决上述问题的有效途径。

棉花是我国重要的经济作物和战略物资，在国民经济中占有重要的地位，20世纪80年代以来，中国已成为世界上最大的棉花生产国，棉花产业在国民经济中具有重要意义。棉花具有生长周期长、生物量大、棉铃钾含量高的生物特性，使其对钾的需求总量很高。然而棉花对土壤中钾素的吸收能力偏低，所以棉花要比其他大田作物对土壤低钾更为敏感。近年来，随着棉花产量水平的逐步提高，以及黄河流域、长江流域棉区转基因抗虫棉种植面积的不断扩大，我国棉花生产中的缺钾现象越来越普遍、缺钾程度越来越严重，成为目前棉花早衰的重要原因之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种与植物吸收钾离子的能力相关的蛋白质及其编码基因和应用。

本发明提供的蛋白质，获自棉花品种“辽棉17号”，命名为GhAKT1蛋白，是如下（a）或（b）或（c）或（d）：（a）由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；（b）将序列1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物耐低钾逆境胁迫相关的由序列1衍生的蛋白质；（c）将序列1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物吸收钾离子的能力相关的由序列1衍生的蛋白质；（d）将序列1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物发育相关的由序列1衍生的蛋白质。

为了使（a）中的蛋白质便于纯化，可在由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接上如表1所示的标签。

表1标签的序列

标签	残基	序列
			Poly-Arg	5-6（通常为5个）	RRRRR
Poly-His	2-10（通常为6个）	HHHHHH
			FLAG	8	DYKDDDDK
Strep-tag II	8	WSHPQFEK
			c-myc	10	EQKLISEEDL

上述（b）或（c）或（d）中的蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。上述（b）或（c）或（d）中的蛋白质的编码基因可通过将序列表中序列2所示的DNA序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变，和/或在其5′端和/或3′端连上表1所示的标签的编码序列得到。

编码所述GhAKT1蛋白的基因（GhAKT1基因）也属于本发明的保护范围。

所述基因具体可为如下（1）或（2）或（3）或（4）或（5）或（6）或（7）或（8）的DNA分子：（1）序列表中序列2自5’末端第1至2625位核苷酸所示的DNA分子；（2）序列表中序列2所示的DNA分子；（3）在严格条件下与（1）（或2）限定的DNA序列杂交且编码植物耐低钾逆境胁迫相关蛋白的DNA分子；（4）与（1）或（2）限定的DNA序列具有90%以上同源性且编码植物耐低钾逆境胁迫相关蛋白的DNA分子；（5）在严格条件下与（1）或（2）限定的DNA序列杂交且编码与植物吸收钾离子的能力相关的蛋白的DNA分子；（6）与（1）或（2）限定的DNA序列具有90%以上同源性且编码与植物吸收钾离子的能力相关的蛋白的DNA分子；（7）在严格条件下与（1）或（2）限定的DNA序列杂交且编码植物发育相关蛋白的DNA分子；（8）与（1）或（2）限定的DNA序列具有90%以上同源性且编码植物发育相关蛋白的DNA分子。

上述严格条件可为在6×SSC，0.5%SDS的溶液中，在65℃下杂交，然后用2×SSC、0.1%SDS和1×SSC、0.1%SDS各洗膜一次。

含有所述GhAKT1基因的表达盒、重组载体、转基因细胞系或重组菌均属于本发明的保护范围。

可用现有的植物表达载体构建含有所述基因的重组载体。所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3’端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mRNA加工或基因表达的DNA片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mRNA前体的3’端。使用所述基因构建重组植物表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型启动子或组成型启动子，它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用；此外，使用本发明的基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因、具有抗性的抗生素标记物或是抗化学试剂标记基因等。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。

所述重组载体具体可为将所述GhAKT1基因插入载体pBIB的多克隆位点得到的重组质粒。所述重组载体具体可为将所述GhAKT1基因插入pBI121载体的多克隆位点得到的重组质粒。

本发明还保护一种培育转基因植物的方法，是将所述GhAKT1基因导入目的植物中，得到耐低钾逆境胁迫能力高于所述目的植物的转基因植物。所述低钾具体可为钾离子浓度为100μM以下。

本发明还保护一种培育转基因植物的方法，是将所述GhAKT1基因导入目的植物中，得到吸收钾离子的能力高于所述目的植物的转基因植物。

本发明还保护一种培育转基因植物的方法，是将所述GhAKT1基因导入目的植物中，得到钾积累量高于所述目的植物的转基因植物。

本发明还保护一种培育转基因植物的方法，是将所述GhAKT1基因导入目的植物中，得到生物量高于所述目的植物的转基因植物。

以上任一所述方法中，携带有所述GhAKT1基因的表达载体可通过使用Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、显微注射、电导、农杆菌介导等常规生物学方法转化植物细胞或组织，并将转化的植物组织培育成植株。所述GhAKT1基因具体可通过所述重组载体导入所述目的植物中。所述目的植物为单子叶植物或双子叶植物。所述双子叶植物具体可为拟南芥，如哥伦比亚生态型拟南芥或akt1突变体。

通过对植物细胞钾离子通道和钾转运体功能及调控机理的进一步研究，将会逐步阐明植物钾营养高效吸收利用的分子调控机制，这也将为改良作物的钾营养性状提供重要的理论依据。

本发明公开了新蛋白和基因，并证明将所述基因导入植物后，可以明显提高植物耐低钾能力。本发明对于植物新品种，特别是棉花新品种具有重大价值。

附图说明

图1为实施例1中的多序列比对结果。

图2为实施例1中GhAKT1基因的相对表达量结果。

图3为实施例1中GhAKT1蛋白的亚细胞定位结果。

图4为重组质粒PBIB-GhAKT1的结构示意图。

图5为重组质粒pBI121-GhAKT1的结构示意图。

图6为实施例2中GhAKT1基因的相对表达量结果。

图7为实施例3的步骤一中的表型照片（倒置培养10天后）。

图8为实施例3的步骤一中的表型照片（倒置培养26天后）。

图9为实施例3的步骤二中的表型照片。

图10为实施例3的步骤二中的萌发率统计结果。

图11为实施例3的步骤三中哥伦比亚生态型拟南芥、A37株系、A5株系、A49株系的干物重结果。

图12为实施例3的步骤三中，采用低钾培养基时，哥伦比亚生态型拟南芥、akt1突变体、a8株系和a17株系的干物重结果。

图13为实施例3的步骤三中，哥伦比亚生态型拟南芥、akt1突变体、a8株系和a17株系每克干重的钾含量结果。

图14为实施例3的步骤三中，哥伦比亚生态型拟南芥、A37株系、A5株系、A49株系的植株的钾积累量结果。

图15为实施例3的步骤三中，采用低钾培养基时，哥伦比亚生态型拟南芥、akt1突变体、a8株系和a17株系的植株的钾积累量结果。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。

植物二元转化载体pBI121（又称pBI121载体）：中国质粒载体菌株细胞株基因保藏中心。农杆菌菌株EHA105：北京天恩泽基因科技有限公司。哥伦比亚生态型拟南芥（用“WT”表示）：Salk研究所基因组分析实验室（Salk Institute Genomic Analysis Laboratory）。

akt1突变体(SALK_071803，即拟南芥T-DNA插入AtAKT1基因后得到的AtAKT1基因失活突变体，用“akt1”表示)：参考文献：Xu J,Li HD,Chen LQ,et al.A proteinkinase,interacting with two calcineurin B-like proteins,regulates K+transporter AKT1in Arabidopsis.Cell2006;125:1347-1360.；the ArabidopsisBiological Resource Center(http://www.arabidopsis.org/abrc/)。

植物二元转化载体pBIB（简称载体pBIB）：参考文献：Li X,Gong Z,Koiwa H,etal.Bar-expressing peppermint(Mentha×Piperita L.var.Black Mitcham)plantsare highly resistant to the glufosinate herbicide Liberty.Mol Breed2001;8:109-118.。

棉花品种“辽棉17号”：参考文献：胡玉枢，对我省短季抗病育种的回顾与展望，《科学与财富》杂志2010年12期。

实施例1、GhAKT1蛋白及其编码基因的发现、表达分析及亚细胞定位

一、GhAKT1蛋白及其编码基因的发现

利用数据库检索并比较其它物种的相关基因序列，拼接并验证棉花的EST序列，进行5’RACE和3’RACE，从棉花品种“辽棉17号”中获得一个新蛋白，将其命名为GhAKT1蛋白，如序列表的序列1所示（由875个氨基酸残基组成）。将编码GhAKT1蛋白的基因命名为GhAKT1基因，其cDNA的开放阅读框如序列表的序列2所示（由2628个核苷酸组成）。

为了分析GhAKT1基因与其他物种的同源基因序列的差异，首先利用clustalXversion1.83构建EBP1序列的多序列比对结构，使用软件的默认参数。根据蛋白的多序列比对结果使用MEGA4进行进化树校验生成EBP1无根进化树，进化树生成采用邻接法（neighbor joining）。多序列比对结果见图1，GhAKT1基因序列与蓖麻的RcAKT1基因的相似度为73.1%，与拟南芥AtAKT1基因的相似度为68.2%。

二、GhAKT1蛋白及其编码基因的表达分析

通过荧光实时定量PCR对棉花品种“辽棉17号”中GhAKT1基因的表达模式进行分析：荧光实时定量PCR所用的仪器为ABI7500Fast（Applied Biosystem），所用的引物对为“5’-ACAATGGGGCAAACATCAAT-3’”和“5’-CGCCATAACGAACGATTTCT-3’”，用于检测组织特异性表达的样本为正常供钾（2.5mM）水平下三叶期棉花各部位的总RNA反转录得到的cDNA，用于检测低钾诱导特性的样本为0.03mM低钾处理不同时间后棉花根部的RNA反转录得到的cDNA；PCR程序：94℃变性30s；94℃变性5s、60℃退火35s、40个循环；相对表达量采用2^-ΔΔCt方法计算，以棉花UBQ7基因作为对照（对照基因的鉴定引物对为：5’-AAGAAGAAGACCTACACCAAGCC-3’和5’-GCCCACACTTACCGCAATA-3’）。结果见图2：GhAKT1基因在棉花不同组织中均有一定的表达量，而在叶中的表达量最高；低钾处理24h后基因表达量达到最大，说明GhAKT1基因对低钾胁迫有响应。

三、GhAKT1蛋白的亚细胞定位

采用蛋白质跨膜区域分析工具TMpred对GhAKT1蛋白结构进行预测，发现其最优拓扑结构含有6个跨膜区。本步骤利用稳定遗传转化的转基因拟南芥根部来研究GhAKT1蛋白的亚细胞定位。根据植物二元转化载体pCAMBIA3300（连接GFP基因的重组载体，该载体由中国农业大学农学与生物技术学院孙传清教授惠赠）的多克隆位点和GhAKT1基因的编码区序列设计出扩增GhAKT1基因整个编码区的正向和反向引物。得到pCAMBIA3300-GhAKT1-GFP重组载体，并将其转入农杆菌EHA105。

正向引物：5’-CGAGCTCATGTTTCGAGGGTCAGTACTAT-3’；

反向引物：5’-GCTCTAGAAGGGTTTTGGGTGTCATTA-3’。

用OlympusFV1000型显微镜观察报告基因。对照载体转化的拟南芥，其荧光主要位于细胞的细胞核和细胞膜等部位（图3A）。重组载体转化的拟南芥根部细胞荧光定位在细胞膜上或者细胞壁上（图3B）。为了排除AKT1-GFP在细胞壁上表达的可能性，将根尖利用500mM甘露醇处理10min后质壁分离，如图3C所示，在根尖质壁分离细胞中，荧光信号在细胞壁上极其微弱。由此可见，AKT1-GFP融合蛋白定位于细胞膜上，而不是细胞壁上。

实施例2、转基因植物的获得

一、重组质粒的构建

1、提取棉花品种“辽棉17号”叶片的总RNA并反转录为cDNA。

2、以步骤1的cDNA为模板，用F1和R1组成的引物对进行PCR扩增，得到PCR扩增产物。

F1：5’-GCTCTAGAATGTTTCGAGGGTCAGTACTAT-3’

R1：5’-GGGGTACCTTAAGGGTTTTGGGTGTCATTA-3’

3、用限制性内切酶XbaI和KpnI双酶切步骤2的PCR扩增产物，回收酶切产物。

4、用限制性内切酶XbaI和KpnI双酶切载体pBIB，回收约10000bp的载体骨架。

5、将步骤3的酶切产物和步骤4的载体骨架连接，得到重组质粒PBIB-GhAKT1。重组质粒PBIB-GhAKT1的结构示意图见图4。根据测序结果，对重组质粒PBIB-GhAKT1进行结构描述如下：在载体pBIB的XbaI和KpnI酶切位点之间插入了序列表的序列2所示的双链DNA分子。

6、以步骤1的cDNA为模板，用F1和R2组成的引物对进行PCR扩增，得到PCR扩增产物。

R2：5’-CGAGCTCTTAAGGGTTTTGGGTGTCATTA-3’。

7、用限制性内切酶XbaI和SacI双酶切步骤6的PCR扩增产物，回收酶切产物。

8、用限制性内切酶XbaI和SacI双酶切pBI121载体，回收约12000bp的载体骨架。

9、将步骤7的酶切产物和步骤8的载体骨架连接，得到重组质粒pBI121-GhAKT1。重组质粒pBI121-GhAKT1的结构示意图见图5。根据测序结果，对重组质粒PBIB-GhAKT1进行结构描述如下：在pBI121载体的XbaI和SacI酶切位点之间插入了序列表的序列2所示的双链DNA分子。

二、转基因植物的获得

1、将重组质粒pBI121-GhAKT1导入农杆菌菌株EHA105，得到重组农杆菌。

2、待哥伦比亚生态型拟南芥植株开花后，剪去主枝顶端，促进侧枝发展；在剪枝后的6天内，将步骤1得到的重组农杆菌的菌悬液蘸湿拟南芥未露白的花序上，然后将拟南芥用充满气的黑色塑料袋包住，平放，暗培养24h后去掉塑料袋，恢复光照、按常规方法培养植株至结实，收获成熟T₁代种子。

3、采用含有50mg/L卡那霉素的MS培养基培养T₁代种子并从中挑选阳性植株（阳性植株表现为：真叶健康呈深绿色，根伸长至培养基中）。

4、将步骤3获得的阳性植株自交获得T₂代种子。

5、采用含有50mg/L卡那霉素的MS培养基培养T₂代种子并从中挑选阳性植株（筛选标准同上）。

对于某一T₁代植株，如果其T₂代植株均为阳性植株，该T₁代植株及其自交后代为一个纯合的转基因株系。

5、培育T₂代植株并自交获得T₃代种子。

6、取T₃代植株的叶片，提取总RNA并反转录为cDNA，用F3和R3组成的引物对鉴定GhAKT1基因的表达量，用F4和R4鉴定AtActin基因（内参基因）的表达量。

F3：5’-ACAATGGGGCAAACATCAAT-3’；

R3：5’-CGCCATAACGAACGATTTCT-3’。

F4：5’-GGCAAGTCATCACGATTGG-3’；

R4：5’-CAGCTTCCATTCCCACAAAC-3’。

将三个GhAKT1基因的相对表达量较高的纯合的转基因株系分别命名为A5株系、A37株系、A49株系。

哥伦比亚生态型拟南芥、A5株系的T₃代植株、A37株系的T₃代植株、A49株系的T₃代植株中，GhAKT1基因的相对表达量见图6A。

三、转基因植物的获得

用重组质粒PBIB-GhAKT1代替重组质粒pBI121-GhAKT1，同时用akt1突变体代替哥伦比亚生态型拟南芥，用含有80mg/L潮霉素的MS培养基筛选阳性植株，其它同步骤二。

将两个GhAKT1基因的相对表达量较高的纯合的转基因株系分别命名为a8株系、a17株系。

akt1突变体、A5株系的T₃代植株、A37株系的T₃代植株中、GhAKT1基因的相对表达量见图6B。

四、转空载体植物的获得

用pBI121载体代替重组质粒pBI121-GhAKT1进行步骤二，得到转空载体植株甲。

用载体pBIB代替重组质粒PBIB-GhAKT1进行步骤三，得到转空载体植株乙。

实施例3、转基因植物的鉴定

MS培养基配方（钾离子浓度约为19.9mM）：

大量元素：1.65g NH₄NO₃、1.9g KNO₃、0.17g KH₂PO₄、0.37g MgSO₄·7H₂O、0.44gCaCl₂·2H₂O；

微量元素：22.3mg MnSO₄·4H₂O、8.6mg ZnSO₄·7H₂O、0.025mg CoCl₂·6H₂O、0.025mgCuSO₄·5H₂O、0.025mg Na₂MoO₄·2H₂O、0.83mg KI、6.2mg H₃BO₃；

铁盐：27.8mg FeSO₄·7H₂O、37.3mg Na₂EDTA；

将大量元素、微量元素、铁盐和9g琼脂溶于水并用水定容至1L，得到MS培养基。低钾培养基配方：

大量元素：2.3g NH₄NO₃、0.37g MgSO₄·7H₂O、0.144g NH₄H₂PO₄、0.44g CaCl₂·2H₂O；

微量元素：同MS培养基中的微量元素。

铁盐：同MS培养基中的铁盐。

将大量元素、微量元素、铁盐和9g琼脂溶于水并用水定容至1L，然后加入KCl，得到K⁺浓度为100μM的低钾培养基。

一、表型分析

将哥伦比亚生态型拟南芥种子、转空载体植株甲的T₃代种子、A37株系的T₃代种子、A5株系的T₃代种子、A49株系的T₃代种子、akt1突变体种子、转空载体植株乙的T₃代种子、a8株系的T₃代种子、a17株系的T₃代种子分别进行如下测定：将种子平铺于MS培养基中，4℃春化3天，然后在光照培养箱中培养4天，然后将单株分为两组，分别移入MS培养基和低钾培养基（每种培养基中每个株系设置4株单株），放置于所述光照培养箱中倒置培养。倒置培养10天后的照片见图7。倒置培养26天后的照片见图8。采用低钾培养基培养相同时间后：A37株系、A5株系、A49株系的根和冠均大于哥伦比亚生态型拟南芥，转空载体植株甲与哥伦比亚生态型拟南芥表型一致；a8株系、a17株系的根和冠均大于akt1突变体，甚至大于哥伦比亚生态型拟南芥，转空载体植株乙与akt1突变体的表型一致。结果表明，导入GhAKT1基因可增加植物对低钾胁迫的耐受性。

二、萌发率分析

将哥伦比亚生态型拟南芥种子、akt1突变体种子、转空载体植株乙的T₃代种子、a8株系的T₃代种子、a17株系的T₃代种子（每个株系40-60粒种子）分别进行如下测定：将种子等分为两份，分别平铺MS培养基和低钾培养基上，4℃春化3天，然后在光照培养箱中培养7天，然后观察种子的萌发情况、拍照并统计萌发率。

照片见图9。萌发率统计结果见图10。在MS培养基上，哥伦比亚生态型拟南芥、akt1突变体、转空载体植株乙、a8株系和a17株系的萌发率没有明显差异。然而在低钾培养基上，哥伦比亚生态型拟南芥的萌发率为100%，akt1突变体的萌发率为57%，转空载体植株乙的萌发率为56%，a8株系的萌发率为96%，a17株系的萌发率为97%。结果表明，导入GhAKT1基因可增加植物对低钾胁迫的耐受性。

三、转基因拟南芥的生物量和钾含量分析

将哥伦比亚生态型拟南芥种子、A37株系的T₃代种子、A5株系的T₃代种子、A49株系的T₃代种子、akt1突变体种子、转空载体植株乙的T₃代种子、a8株系的T₃代种子、a17株系的T₃代种子（每个株系80颗幼苗）分别进行如下测定：将种子平铺于MS培养基，4℃春化3天，然后在光照培养箱中培养4天；然后将单株等分为两组，分别移入MS培养基和低钾培养基，放置于光照培养箱中培养7天，从下胚轴与胚根的连接处将植株分为两部分（根部和冠）部，分别置于烘箱中于80℃烘至恒重，称量（得到干物重）；称重后将根部和冠部分别放在坩埚里于马弗炉中处理（先300℃炭化1h，然后575℃灰化5h），然后溶于0.1mol/L HCl水溶液，用Z-2000原子吸收分光光度计（日立高新技术公司）测定钾含量（每克干重中的钾含量）。

哥伦比亚生态型拟南芥、A37株系、A5株系、A49株系的干物重结果见图11，A为采用MS培养基时的结果，B为采用低钾培养基时的结果。无论采用MS培养基培养还是采用低钾培养基培养，三个转基因株系的根和冠部的生物量都高于野生型。采用MS培养基时，与哥伦比亚生态型拟南芥相比，三个转基因株系的根部的生物量分别增加了46.2%、66.4%和91.6%，冠部的生物量分别增加了25.2%、33.9%和46.8%。

采用低钾培养基时，哥伦比亚生态型拟南芥、akt1突变体、a8株系和a17株系的干物重结果见图12。采用低钾培养基培养时，与akt1突变体相比，a8株系和a17株系的冠部生物量显著增高，分别超出akt1突变体1.1倍和2.0倍，甚至超过哥伦比亚生态型拟南芥。

哥伦比亚生态型拟南芥、akt1突变体、a8株系和a17株系每克干重的钾含量结果见图13。采用MS培养基时，与akt1突变体相比，a8株系和a17株系根部的钾含量分别增加了17.8%和32.7%，冠部的钾含量分别增加了23.8%和17.6%。采用低钾培养基时，与akt1突变体相比，a8株系和a17株系根部的钾含量分别增加了70.6%和59.4%。

钾积累量（每个植株中的钾含量）反应植株吸收钾的能力。哥伦比亚生态型拟南芥、A37株系、A5株系、A49株系的植株的钾积累量见图14。无论采用MS培养基还是低钾培养基，三个转基因株系中根部和冠部的钾积累量都显著高于哥伦比亚生态型拟南芥。采用低钾培养基时，哥伦比亚生态型拟南芥、akt1突变体、a8株系和a17株系的植株的钾积累量见图15。两个转基因株系根部和冠部的钾积累量都显著高于akt1突变体。