胡杨钙依赖蛋白激酶基因PeCPK10功能鉴定及调控机理研究

CDPK作为钙信号的重要初级感受器，在植物抵抗干旱、高盐等非生物逆境胁迫中具有重要作用。本项目以强抗逆树种胡杨为材料，在前期cDNA-AFLP筛选及转录组分析的基础上，开展PeCPK10参与胡杨非生物逆境胁迫信号的研究：构建GFP融合表达载体在拟南芥中进行过量表达、突变体回补等，分析PeCPK10在非生物逆境胁迫下的功能：利用显微技术及非损伤微测技术分析不同基因型中由ABA及钙离子引起的气孔开度变化、亚细胞定位情况及K+流的变化；通过GC-MS及荧光定量分别分析不同基因型中代谢组分及基因表达情况的变化；开展84K杨的遗传转化研究，探索利用PeCPK10创建杨树抗逆性优良种质资源的理论依据。项目预期将揭示PeCPK10在胡杨钙信号介导的抗逆信号调控途径中的作用，进一步解析胡杨抗逆性形成的机理。

通过本项目的实施，完成了全基因组水平胡杨中CDPK家族的筛选及鉴定工作，分离出一个受干旱、高盐诱导表达的钙依赖蛋白激酶基因PeCPK10，通过研究不同胁迫处理下PeCPK10 的表达模式，得出 PeCPK10受干旱、高盐以及寒冷的诱导，同时受到ABA的微弱诱导。因此，PeCPK10作为钙依赖蛋白激酶基因参与了胡杨中的非生物逆境胁迫响应。我们采用拟南芥原生质体表达法、烟草瞬时侵染法等多种研究手段对PeCPK10进行了亚细胞定位研究，结果显示，使用拟南芥原生质体和洋葱为瞬时表达受体时，PeCPK10定位在细胞核和细胞质中，而使用烟草转化法时PeCPK10主要定位在气孔的细胞核中，推测细胞质中的CDPK利于感知钙信号，而细胞核中的CDPK则有利于调节转录因子等核信号因子。将PeCPK10构建到植物表达载体pBI121载体中，采用农杆菌花序浸染法对拟南芥哥伦比亚野生型进行转化。利用T3代纯合子中的L1和L5两个株系进行了抗逆性测试。通过高盐、寒冷、干旱等控制处理测试，发现转基因株系均较野生型表现良好，说明PeCPK10的超表达能够增强植株的非生物胁迫抗逆性能。与拟南芥PeCPK10基因相比，PeCPK10能够增加转基因株系的抗冷型，说明胡杨和拟南芥的同源基因之间存在差异。ABA处理实验显示，PeCPK10转基因植株对ABA的敏感性提高。进一步利用基因芯片对PeCPK10的下游基因进行研究，发现超表达PeCPK10能够引起下游ABA诱导基因及非生物胁迫抗逆基因的高表达，这可能是 PeCPK10行使抗逆功能的机制。 以上研究成果发表在<BMC Genomics>,<Gurrent Genomics>,<Biochemical and Biophysical Research Communication>, <Plant Growth regulation>,<Gene>等SCI期刊上，均已标注课题号并致谢。