小麦CBL-CIPK信号途径对其盐胁迫下Cation/H+逆转运蛋白活性的调控机制

CBL和CIPK蛋白广泛分布在植物中，它们与植物响应逆境的关系十分密切。到目前为止，除模式植物拟南芥和水稻外，对其它植物的CBL和CIPK蛋白的生物学功能的研究还很少，即使在拟南芥中，研究清楚的CBL-CIPK调控途径也很有限。本项目拟在我们前期对小麦TaSOS1和TaNHX功能分析、获取TaSOS2(CIPK)片段的基础上，克隆小麦CBLs和CIPKs基因，采用酵母双杂交和双分子荧光互补技术，筛选出细胞膜和液泡膜上的CBL/CIPK互作复合体；利用相应的酵母或者拟南芥突变体研究定位在细胞膜和液泡膜上的CBL/CIPK激酶复合体对小麦质膜和液泡膜上的Cation/H+逆转运蛋白功能的调控；RNAi技术抑制CBL-CIPK信号途径相应基因在小麦中的表达, 利用基因沉默的小麦研究该信号途径对小麦体内离子运输的调节, 从而进一步阐明CBL-CIPK通过调控其Cation/H+活性的小麦耐盐机制。

小麦Na+/H+逆向运输蛋白TaNHX2与液泡膜NHX的同源性很高，但分布在内质网或者高尔基体等内膜系统上，具有K+/H+逆向运输的功能，可通过维持小麦体内K+平衡调节小麦的耐盐性。.SOS1可利用细胞膜H+-ATPase AHA分解ATP形成跨细胞膜H+梯度把细胞内过量的Na+运到细胞外，从而提高植物耐盐性。我们克隆了海马齿的SOS1和AHA1基因，利用酵母研究了SOS1和AHA1的协调作用，证明了SOS1可利用AHA1产生的H+梯度更高效地外排细胞质内的Na+，两个基因共表达酵母的耐盐性显著增强。.受盐胁迫影响，植物细胞内Ca2+水平升高，作为第二信使的Ca2+可把盐胁迫信号传给植物细胞，调节植物的耐盐性。我们利用提纯的细胞膜测定了植物细胞膜的Ca2+/H+交换活性，并发现Ca2+-ATPase可能还有Ca2+/H+交换功能，可在不同水平上调节细胞内Ca2+平衡，为研究植物维持细胞内Ca2+平衡提供了新的机理。 .CBL-CIPK作为一种重要的Ca2+信号系统，与植物对非生物逆境应答关系密切。我们从小麦中克隆了TaCBL1、TaCBL2、TaCBL4、TaCBL6、TaCBL7、TaCIPK9、TaCIPK10、TaCIPK15、TaCIPK23、TaCIPK24、TaCIPK30和TaCIPK31等基因，研究发现了TaCBL1能分别与TaCIPK9、TaCIPK15、TaCIPK23互作，TaCBL2只与TaCIPK15互作。其中，TaCBL4可与TaCIPK24互作。在小麦体内，CIPK24可通过使两个丝氨酸残基磷酸化调节SOS1的活性；CBL4和CIPK24互作形成的复合体还可以通过其它位点调控SOS1外排Na+的功能，并且CIPK24与CBL4-CIPK24复合体调节SOS1活性的效果是可以叠加的。.由于C末端上存在功能抑制区，所以如不受SOS2-SOS3复合体调节，SOS1处于非活性状态。通过修饰小麦SOS1的抑制区，得到一个不需要SOS2/SOS3调控就能高水平运输Na+的超活性突变SOS1，相应的这个突变SOS1的转基因酵母和植物的抗盐性显著增强。.研究耐盐性不同的小麦发现Xanthine dehydrogenase可能参与活性氧代谢，与小麦盐害有关；Aldehyde oxidase可能通过参与脱落酸和生长素代谢协调地调节小麦对盐胁迫反应。