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钾是植物生长发育所必需的矿质元素，土壤中缺乏钾元素则农作物不能正常生长发育。我国大部分耕地土壤中严重缺钾，而我国的钾矿资源又极端匮乏，我国农作物生产中钾肥施用量不足已成为限制我国农作物生产发展的重要因素。解决钾肥资源短缺的重要途径之一是提高农作物本身对钾元素的吸收利用效率，以实现资源节约型农业。先前的许多研究已发现，在自然界原本存在一些对钾元素的吸收和利用效率显著不同的植物种类，这种差异是由遗传基因控制的。植物细胞通过细胞膜上的各种钾离子通道和转运蛋白自环境中吸收并在体内转运钾离子。自上个世纪90年代以来，植物科学家们已陆续克隆了多个与植物细胞钾吸收相关的基因，但有关这些基因的分子调控机制一直未被揭示。在国家自然科学基金的持续资助下，中国农业大学植物生理与生化国家重点实验室武维华教授领导的研究组经过多年研究，针对“植物钾营养高效的分子调控途径”这一重要科学问题，对植物在缺钾胁迫条件下的钾高效营养性状表达的分子调控网络机制的研究取得了重要进展。
本项研究以模式植物拟南芥（Arabidopsis
thaliana）为实验材料，通过对20余万株化学诱变植株在低钾培养条件下的筛选，并对筛选得到的可能突变体进行了遗传分析，获得多个具有明显耐低钾或对低钾敏感表型的单基因突变体，进而对其中的1个低钾敏感突变株系（lks1）进行了深入研究。对突变基因进行染色体定位并最终克隆了LKS1基因，序列分析证明该基因编码一植物细胞蛋白激酶CIPK23（CBL-Interacting
Protein Kinase）。LKS1基因在根组织中的转录受低钾和低钙条件诱导。LKS1基因被敲除后的突变体在低钾条件下表现出与lks1突变体相同的对低钾敏感的表型，但将LKS1基因过量表达后却使植物表现显著的耐受低钾胁迫的表型（图1）。进一步的研究证明，该激酶（CIPK23或LKS1）通过对植物细胞钾通道AKT1的磷酸化而调控植物的钾吸收过程，而在该激酶的上游还存在两个CIPK23的正向调控因子CBL1和CBL9。上述主要研究结果发表在2006年6月30日Cell杂志上（Cell,2006,125:1347-1360）。文章提出了包括CBL1/9、CIPK23和AKT1等因子的植物钾吸收分子调控理论模型（图2）。该项研究结果在认知植物钾吸收利用的分子调控机理方面有重要理论科学意义，正如同期Cell杂志发表的国际同行的评论文章（Cell,2006,125:
1221-1223）指出：“This breakthrough study represents a major
advance in the understanding of K+ channel regulation,
opening up several new areas of investigation and
raising important
questions”。本项研究成果在利用分子操作技术改良植物钾营养性状方面也有潜在应用价值。后续研究工作表明，在植物中过量表达LKS1、CBL1或CBL9基因，能显著提高植株对低钾胁迫的耐受性，说明通过分子操作技术可以提高植物的钾吸收利用效率，从而有可能改良农作物的钾营养性状。
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