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植物通过复杂的响应机制调节机体对逆境的反应，目前已发现多条参与植物响应非生物逆境胁迫的信号通路，其中最重要的钙离子和ABA信号通路参与调节植物对盐、旱等逆境胁迫的耐受能力。前人研究表明SnRK2蛋白激酶能够调节植物对非生物逆境胁迫的响应，并筛选出与其互作的拟南芥、烟草和水稻的SCS蛋白，但对后者的生物学功能及分子调控机制知之甚少。本实验室前期通过酵母双杂交筛选到1个与大豆蛋白激酶GmPK(SnRK2蛋白家族成员)强烈互作的未知功能蛋白GmSCS11，它是一种具有EF-hand结构域的钙离子结合蛋白。本文通过系统分析植物SCS蛋白与SnRK2家族成员之间的互作关系以及所涉及的非生物胁迫路径，克隆了拟南芥和大豆的SCS基因，并利用该基因的过表达株系和功能缺失突变体来深入研究该基因的生物学功能和分子调控机制，取得以下主要结果: 1、克隆了1个拟南芥SCS基因AtSCS和4个大豆SCS基因GmSCS04、GmSCS06、GmSCS11和GmSCS12，并从中筛选得到1个对钙离子响应最强烈并能明显调控植物对非生物胁迫耐受性的GmSCS06基因。 2、酵母双杂交结果表明，拟南芥AtSCS与AtSnRK2蛋白家族10个成员中的9个之间存在互作，仅SnRK2.9例外。大豆中有4个SCS蛋白(GmSCS04、GmSCS06、GmSCS11、GmSCS12)与AtSCS高度同源，它们与挑选的GmSnRK2家族12个蛋白中10个代表性成员之间存在互作，仅Glyma05g09460和Glyma17g20610例外。 3、AtSCS基因在拟南芥的根、茎、叶和成熟果荚中都有明显表达，只是在花或花蕾中表达较弱，呈现组成型表达模式。AtSCS蛋白被定位于细胞质和细胞核中。 4、qRT-PCR分析结果表明，Ca2+处理后，1个拟南芥SCS基因和4个大豆SCS基因的表达量均增加显著，其中GmSCS06的表达量猛增至未处理对照的1200余倍，表明这些基因对外源Ca2+信号均有明显响应。 5、对不同处理下过表达拟南芥株系和T-DNA插入突变体scs的分析结果表明，外源Ca2+处理后，转AtSCS、GmSCS06和GmSCS11基因的植株鲜重、主根长度和侧根数目均比野生型增加显著。在外源ABA处理下，各转基因植株的上述3项测定值与野生型相比都有所增加，但未达到显著水平。说明SCS基因对外源Ca2+信号有明显响应，而对外源ABA信号的响应程度较弱。在干旱或高盐胁迫下，各转基因株系的存活率显著提高，所受到的生长抑制明显轻于野生型;生理生化指标检测结果显示，转基因植株叶片的脯氨酸积累量显著高于野生型，而丙二醛含量的增幅显著低于野生型。结果说明，SCS基因的过表达能够显著提高转基因植株对干旱或高盐胁迫的耐受性。此外，在不同胁迫处理下，SCS基因功能缺失突变体scs的种子萌发率显著低于野生型，而植株其他表型测定值和叶片脯氨酸含量比野生型有所增加但差异不显著，表明SCS基因的功能缺失明显影响了种子的萌发，对植株生长和叶片脯氨酸积累也有一定影响。 6、不同胁迫处理下耐逆相关基因表达分析结果表明，Ca2+或ABA处理后，除SnRK2.9外，SnRK2.4、SnRK2.6和SnRK2.8的表达量在异源表达GmSCS06的拟南芥株系中均显著上调。此外，Ca2+或ABA处理后，转GmSCS06株系中ABA信号途径下游耐逆相关基因RD29A和RD26的表达水平显著上调。 7、SCS基因过表达能改变SnRK2基因和耐逆相关基因的表达水平，从而调节植物对高盐或干旱等非生物胁迫的耐受能力，推测SCS可能是通过钙离子信号途径和/或ABA信号途径来调控SnRK2蛋白活性，进而诱导或激活RD29A或RD26等耐逆相关基因的表达以响应逆境胁迫。本研究初步阐明了SCS基因的生物学功能和调控植物耐逆性的分子机制，可为大豆等植物耐逆性的分子设计育种提供理论依据和有价值的基因资源。