环核苷酸门控离子通道（Cyclic nucleotide-gated ion channel，CNGC）是动植物中最重要的钙离子通道之一。目前，只有在一些非作物的植物中系统鉴定了该基因家族，并已有个别基因在发育、抗逆和抗病中的功能得到了研究。但是，在组学水平上的鉴定以及系统的功能分析，尤其是在重要的经济作物上的抗病相关功能分析尚未有报道。本研究在基因组水平对16种植物的CNGC家族成员进行了鉴定分析，并对番茄CNGC基因家族成员的功能进行了分析，得到了如下主要结论:　　(1)在基因组水平对重要经济作物番茄的CNGC家族的鉴定及其表达谱分析。采用生物信息学方法在番茄基因组中鉴定了18个CNGC家族成员。通过PCR克隆和核酸序列测定，纠正了四个SGN数据库中被错误注释的CNGC位点（SlCNGC5，SlCNGC6和SlCNGC15）的全长序列信息。对番茄CNGC家族成员的基因结构、结构域组成以及系统发育关系进行了详细的生物信息学分析。结果表明，与拟南芥CNGC家族相比，番茄CNGC家族的成员数量更少、外显子/内含子结构相差较大，但有相似的分组。番茄CNGC家族成员均含有必要的结构域，包括一个cNTP结合结构域和一个跨膜离子转运结构域，以及一个CNGC特异性基序(motif)。和拟南芥CNGC家族一样，番茄CNGC家族也分成5组（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳa和Ⅳ b组）。而且，对番茄CNGC基因启动子上游1kb序列包含的顺式作用元件预测分析发现，这些基因启动子区域包括许多能够响应脱落酸、生长素、赤霉素、乙烯和细胞分裂素等多种激素以及各类生物胁迫、非生物胁迫和多种WRKY转录因子的顺式作用元件。分析了番茄CNGC基因对不同防卫信号分子（BTH、乙烯、茉莉酸）、病原物Sclerotiniasclerotiorum分泌的毒素草酸以及病原物S.sclerotiorum、Pseudomonas syringaepv.tomato DC3000和Xanthomonas oryzae pv.oryzae的早期(处理后4h)响应表达。结果显示，不同番茄CNGC基因对不同刺激处理会产生不同的表达谱。　　(2)在基因组水平对15种植物的CNGC家族的鉴定及其系统发生分析，以明确植物CNGC的进化。根据是否存在必需的两个结构域以及一个在CNB结构域中横跨磷酸结合部位(phosphate binding cassette，PBC)和铰链区的CNGC特异性基序的标准，从15种植物中鉴定了333个CNGC基因。这些植物包括3种单子叶植物——短柄草(Brachypodium distachyon)，玉米和高粱以及12种双子叶植物——蓝花耧斗菜(Aquilegia coerulea)，马铃薯，巨桉（Eucalyptusgrandis），甜橙，雷蒙德氏棉，芜菁，苹果，黄瓜，大豆，毛果杨，亚麻和蓖麻。对Phytozome数据库中注释错误的8个基因位点（ZmCNGC1，ZmCNGC8，CsCNGC15和CusCNGC16）的序列信息进行了相应纠正。对鉴定的所有植物CNGC基因进行了广泛的生物信息学分析，包括基因结构、CNGC特异性基序及其组成模式、和系统发育关系的分析。结果表明，Ⅳa组基因在基因结构方面包括内含子的数量和相位(phase)以及CNB结构域中PBC和铰链区的氨基酸序列长度和保守基序上与其他组的成员有显著差异。具体来说，与其他组基因相比，Ⅳa组基因携带更多内含子（大部分为11个），具有独特的相位模式（大部分为0-0-0-0-0-0-2-2-0-1-2），PBC和铰链区氨基酸序列的长度（52个氨基酸）也明显更长。另外，根据保守氨基酸序列保守率大于90％的标准，植物CNGC特异性保守基序为[L]-X(0，1，2)-[G]-X(3)-G-X(0，1，2)-[E]-L-[L]-X-[W]-X-[L]-X(7，37)-[S]-X(10，11)-[E]-[A]-[F]-X-[L]，而包括代表所有植物CNGC组成情况的保守基序则为:[LIMV0]-X(2)-[GSANCR]-X-[FVIYASCL]-X-G-X(0，1)-X(0,1)-[EDAQGH]-L-[LIVFA]-X-[WRCMLS0]-X-[LMSIQAFT0]-X(7,37)-[SAC]-X(9)-[VTIALMS]-X(0，1)-[EQDN]-[AGSVT]-[FYL]-X-[LIVF]。同时我们也鉴定出了不同组CNGC蛋白中的保守基序。此外，对全长CNGC蛋白进行系统进化树分析表明，15种开花植物的CNGC蛋白聚类成4个主要组(Ⅰ-Ⅳ)，组Ⅳ的CNGC蛋白又分成两个亚组（Ⅳa和Ⅳb）。然而，无维管束植物（苔藓）只含有第Ⅳ组的CNGC蛋白，但是低等的维管束无花植物（石松类）却包含第Ⅳ和Ⅱ组CNGC蛋白，但没有第Ⅰ和Ⅲ组CNGC蛋白。以上结果表明，第Ⅳ组的CNGC蛋白是所有绿色植物CNGC的祖先，后来维管束植物进化出了第Ⅱ组的CNGC蛋白，再后来的开花植物进化出了第Ⅰ和Ⅲ组CNGC蛋白。此外，CNGC家族的不同组别成员在植物中的扩展情况有明显差异。　　(3)钙离子通道在植物抗病中作用的药理学分析。采用药理学方法分析了钙离子通道在番茄叶片抗病性中的作用。供分析的药理效应子包括:钙离子螯合剂EGTA;钙离子通道阻遏剂LaCl3;钙离子ATPase阻遏剂NaVO3; CNGC激活剂亲脂性的二溴-cGMP、联丁酰-cAMP和腺苷酸环化酶抑制剂四氧嘧啶。这些效应子被提前浸润到番茄叶片中，随后评估番茄对死体营养型真菌核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）的抗病性。结果表明，CNGC激活剂cGMP(1 mM)和cAMP(100μM)以及钙离子阻遏剂NaVO3(50μM)增强了番茄对核盘菌的抗性。这些药理学研究结果表明，钙离子通道可能在植物抗病性中起重要作用。　　(4)采用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术比较分析了Ⅳa和Ⅳ b组番茄CNGC基因在抗生物和非生物胁迫中的功能。Ⅳ b组CNGC基因SlCNGC16，SlCNGC17和SlCNGC18的沉默显著增强了番茄对死体营养型病原物的抗性，但是降低了对TRV病毒的抗性。其中，Sl CNGC17和SlCNGC18负调控植株对死体营养型病原物的抗病性，但正调控对TRV病毒的抗性，却不影响对细菌Pst DC3000和Xoo的抗性。SlCNGC16的作用与SlCNGC17和SlCNGC18相似，区别在于SlCNGC16只调控番茄对死体营养型病原菌核盘菌的抗性，而对另一种死体营养型病原菌Pythium aphanidermatum的抗性却无显著作用。与单基因沉默相比，三个Ⅳ b组CNGC基因的共沉默导致更强烈的对核盘菌的抗性，说明它们在抗病调控中功能重叠冗余。然而，与Ⅳ b组CNGC基因不同，一个Ⅳ a组CNGC基因（SlCNGC15）的沉默不影响对所有上述病原物的抗性，但降低了植物对非生物胁迫（干旱）的抗性。这些结果表明，Ⅳ a组和Ⅳ b组番茄CNGC基因的功能有显著区别:Ⅳ a组基因主要调控非生物胁迫抗性;而Ⅳa组基因则主要调控对多种病原物的生物胁迫抗性。　　(5)番茄CNGC基因的作用机制分析。Ⅳ b组CNGC基因的沉默显著降低了植株中PAMP(flg22，100 nM)和DAMP(AtPEP1，10nM)诱导的H2O2积累，而且显著改变了一组钙离子信号相关基因，包括SlCaMs，SlCDPKs和SlCAMTA3的表达，说明番茄CNGC基因可能通过改变H2O2积累和影响防卫相关钙离子信号途径来调控番茄对不同病原物的抗性。