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植物在整个生命周期中常常遭受干旱、盐碱、低温及紫外线照射等非生物逆境的影响,由于受到外界逆境环境的影响,植株在成长过程中受到一定程度的抑制,结果导致植物的产量和品质降低。在响应外界逆境信号中,作为第二信使的钙离子发挥不可替代的作用。作为植物特有的钙离子信号感受器之一,钙调磷酸酶-B类似蛋白(CalcineurinB-like protein,CBL),在感受到特异的钙信号后,CBL与细胞内Ca2+结合,激活的CBL与其相互作用的蛋白激酶(CBL-interacting protein kinase,CIPK)互作,使CIPK蛋白活化,激活的CIPK可以磷酸化下游胁迫相关的靶分子,启动相关的植物抗逆响应。小麦是重要的粮食作物,我们前期通过对小麦基因组中CIPK基因家族系统分析,共鉴定79个CIPKs基因家族成员,在中国春小麦中分离出了 22个TaCIPK基因,并对部分成员的生物学功能开展了研究。本文重点对下麦CIPKs基因家族的三个成员TaCIPK2、TaaCIPK10和TaCIPK27的生物学功能开展了研究工作。主要研究内容和研究结果如下:1)胁迫处理下的表达模式分析发现,TaCIPK2在PEG、H202及ABA的处理下上调表达,但在GA的诱导下,TaCIPK2的表达量下降,而在冷胁迫和盐胁迫处理的条件下,TaCIPK2转录水平的表达量没有显著的变化。TaCIP10和TaCIPK27均能在NaCl、PEG、H2O2、ABA的处理下上调表达,但对冷处理没有响应,虽然TaCIPK27的能够被多种非生物胁迫诱导上调表达,但在ABA处理下,TaCIPK27转录水平上的表达量相比其它胁迫处理上调的更加显著。而TaCIPK10则是在NaCl和PEG胁迫处理下表达上调的程度更高。说明TaCIPK10和TaCIPK27基因虽然都能够响应多种胁迫处理,但通过表达量上调的程度暗示该基因在响应逆境胁迫中的参与的信号通路可能有所不同。2)在洋葱表皮细胞中瞬时表达TaCIPK2,发现TaCIPK2的绿色荧光信号能够充满整个洋葱细胞,表明TaCIPK2能够定位在细胞核、细胞质和细胞膜上。将TaCIPK2转入到模式植物烟草中,筛选出3个稳定表达的转基因株系,通过在培养基中加入外源ABA和钨酸钠,发现TaCIPK2转基因过表达烟草的种子在外源ABA的作用下,发芽率显著低于野生型和对照烟草种子,说明TaCIPK2提高了烟草对外源ABA的敏感性,说明TaCIPK2在ABA依赖的信号通路中起正调控作用,且相关基因表达实验从分子水平上证明TaCIPK2可以参与到植物响应ABA的信号通路。同时,在含有外源GA和植物生长抑制剂PAC的培养基上检测烟草种子的发芽率,发现TaCIPK2转基因烟草可以响应GA处理,并在GA的信号通路中起作用,且相关基因表达从分子水平上证明TaCIPK2在响应GA处理过程中的起重要作用。此外,在干旱胁迫处理下,TaCIPK2通过增强烟草叶片中ROS的清除能力以及增加胁迫相关基因的表达水平来增强烟草的耐旱性。3)酵母双杂交结果表明,TaCIPK27 可与 AtCBL1、AtCBL3、AtCBL4、AtCBL5和AtCBL9相互作用,为分析TaCIPK27在非生物胁迫中的生物学功能,将TaCIPK27过表达载体转入到模式植物拟南芥中,获得了阳性转基因植株。表型分析表明,在干旱处理和盐胁迫处理下,TaCIPK27能够提高拟南芥的抗旱性,但在响应盐胁迫处理时则变得更加敏感。发芽率实验、根长实验、生理指标的检测及相关基因表达分析表明,TaCIPK27能够提高拟南芥的抗旱性,一方面是由于TaCIPK27能通过有效清除细胞内积累的ROS,另一方面是在干旱处理下,TaCIPK27能使细胞内ABA的含量增加,进而激活SnRK2的活性后调节下游相关基因的表达。而TaCIPK27对盐处理的敏感性是由于引起细胞氧化损伤的ROS不能及时被清除,且不能增加相关基因的表达量使细胞内Na+和K+含量失去平衡,最终导致拟南芥不能抵抗盐胁迫。在外源ABA的处理下,发现与对照相比,TaCIPK27转基因拟南芥发芽率更低,根长更短,并且细胞表皮中气孔的关闭更快,说明TaCIPK27增加了拟南芥对外源ABA的敏感性,即TaCIPK27参与到ABA的信号通路中。4)在模式植物拟南芥中过量表达TaCIPK10后,可以同时提高拟南芥在干旱处理和盐处理下的抵抗能力。表型实验分析表明,在干旱和盐处理下,TaCIPK10转基因拟南芥较对照有更高的存活率;根长实验、鲜重的测量、生理指标的分析及相关基因表达都表明,TaCIPK10在提高拟南芥的抗旱性和抗盐性是通过降低细胞内ROS的积累及胁迫响应基因高量表达起重要的作用。5)为了深入研究TaCIPK10基因在小麦中的功能,我们将TaCIPK10基因转入到模式小麦中国春中,通过检测载体上的序列,确认获得过量表达TaCIPK10基因的小麦阳性株系。TaCIPK10转基因小麦T3株系在甘露醇和氯化钠处理下,转基因小麦比野生型小麦有更高的存活率和更低的离子渗漏,表明TaCIPK10在提高小麦的抗旱性和抗盐性发挥重要的功能。生理指标的检测表明,TaCIPK10提高小麦抵抗非生物逆境胁迫是由于有效清除细胞内的ROS,减少细胞内的氧化损伤。并且,在甘露醇和氯化钠胁迫的处理下,相比中国春小麦,干旱和盐胁迫相关基因的转录表达水平在转基因小麦中显著被诱导,说明TaCIPK10提高小麦的抗逆性是通过增加胁迫相关基因的表达,TaCIPK10转基因小麦抗逆结果与TaCIPK10转基因拟南芥相似。以上研究结果对阐明小麦CIPK基因家族生物学功能、作用机制以及小麦抗逆性分子育种具有参考意义。