光是影响植物生长发育的重要环境因素之一。单侧蓝光诱导的向光弯曲反应可优化植物茎叶的最佳生长取向，捕获合适的光源。植物蓝光受体向光素（phototropins，PHOT1和PHOT2）介导了植物诸多生理反应，包括向光弯曲生长、叶绿体运动、气孔开放、抑制下胚轴伸长、叶片伸展和定位等。单侧强蓝光下，PHOT1和PHOT2以功能冗余方式调节下胚轴向光弯曲。由于其功能的冗余性，限制了人们对强光下PHOT1和PHOT2差异调节下胚轴弯曲机制的研究。近年来，遗传分析显示Ca₂₊可能作为PHOT1和PHOT2的下游信号，参与调节蓝光介导的拟南芥相关生理反应。但Ca₂₊信号与蓝光诱导的下胚轴向光弯曲之间可能的调节关系并不清楚。为了分析蓝光诱导的黄化苗胞质Ca₂₊的变化，本文构建了拟南芥PHOT1和PHOT2超表达载体，获得PHOT1在拟南芥野生型gl1和phot2突变体中的超表达转基因株系，PHOT2在拟南芥gl1和phot1突变体中的超表达转基因株系。并将脱辅基水母发光蛋白（aequorin）基因转入相应的超表达转基因株系及gl1、 phot1、 phot2和phot1phot2中。结果显示，100μmolm-2s-1的强蓝光照射15s，野生型下胚轴中胞质Ca₂₊的积累显著。phot1中胞质Ca₂₊浓度稍下降，而phot2大幅度降低。PHOT2系列超表达株系下胚轴中胞质Ca₂₊的积累显著大于PHOT1系列超表达株系，且以phot1为背景超表达PHOT2株系的胞质Ca₂₊积累显著大于gl1背景。这些结果表明，PHOT1和PHOT2介导了不同的胞质Ca₂₊信号，且蓝光诱导的黄化苗下胚轴胞质Ca₂₊积累主要由PHOT2介导，在此信号转导过程中，PHOT1可能负调控PHOT2。药理学分析表明，PLC抑制剂U73122和胞内Ca₂₊库抑制剂RR显著抑制胞质Ca₂₊积累，表明PHOT2依赖的蓝光诱导的胞质Ca₂₊积累主要来源于胞内钙库释放到胞质，胞外钙库通过质膜Ca₂₊通道进入胞内的所占比例较小。膜片钳全细胞记录技术检测质膜Ca₂₊通道活性试验表明蓝光激活了PHOT1依赖的质膜Ca₂₊通道，与药理学分析结果一致。接下来，分析了不同单侧蓝光光强诱导phot突变体下胚轴弯曲度的变化，发现100μmolm-2s-1蓝光照射下，phot1突变体的弯曲度明显大于phot2突变体和gl1，而phot2和gl1的弯曲度无明显差别。进一步试验证明phot1中超表达PHOT2株系的弯曲度显著大于phot1突变体。Ca₂₊螯合剂EGTA处理后，phot1弯曲度无明显差别。LaCl3和RR处理后, phot1弯曲度变小。由此表明，单侧强蓝光下，PHOT2诱导胞内钙库释放入胞质的Ca₂₊参与向光弯曲，与前面所述胞质Ca₂₊积累主要由PHOT2介导结果一致。强蓝光诱导的下胚轴胞质Ca₂₊变化与向光弯曲度试验结果都表明PHOT1和PHOT2可能存在互作，利用酵母双杂交体外互作和双分子荧光互补（BIFC）体内互作试验表明他们之间不存在直接互作。推测向光素可能通过其下游的信号分子或调节机制调节Ca₂₊信号参与向光反应。通过深入研究比对筛选，PKS1可能是重要的候选成员之一。体内外蛋白互作试验表明, PKS1全长与PHOT1/2互作。进一步的互作试验分析，PKS1也与钙调素CAM4/5互作。由于PKS小基因家族成员存在功能冗余性。由此表明胞质Ca₂₊信号可能通过PKS参与强蓝光依赖的PHOT2介导的向光弯曲反应。