ABA信号转导中OsCCaMK调节H2O2产生的机理研究

申请人先前的研究显示，水稻中的OsCCaMK（OsDMI3）参与水稻叶片中ABA诱导的抗氧化防护的信号转导，且能够调节NADPH氧化酶活性以及H2O2产生。然而，OsDMI3调节H2O2产生的分子机制尚有待阐明。本项目拟以水稻OsDMI3突变体及其野生型为材料调查在ABA信号转导过程中OsDMI3是怎样调节H2O2产生的。一方面，本项目拟鉴定ABA活化的OsDMI3是否能够直接磷酸化Osrbohs，从而增加H2O2的产生；另一方面，本项目拟鉴定在ABA信号转导中可能与OsDMI3互作的靶蛋白，明确其与OsMAPKs、Osrbohs活化以及H2O2产生的关系，进而阐明这一信号转导途径的分子机制。这一研究的开展不仅有助于人们对植物细胞CCaMK功能与作用机制的认识，进而拓展人们对ABA诱导植物细胞H2O2产生的信号转导机理的理解，而且对于利用分子生物学手段提高作物的耐逆性具有重要的指导意义。

本项目调查了ABA信号转导中水稻Ca2+/CaM依赖型蛋白激酶（CCaMK）OsDMI3调节H2O2产生的分子机制，主要研究结果如下：.（1）在水稻中，发现OsDMI3参与ABA、H2O2以及水分胁迫应答反应，上调水稻叶片中抗氧化酶活性，增强作物对水分胁迫与氧化胁迫的耐性。进一步的研究发现，OsDMI3能够通过调节NADPH氧化酶而增强H2O2产生，从而放大H2O2信号。.（2）揭示了ABA信号转导中水稻OsDMI3的下游靶分子之一为水稻促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）OsMPK1。研究发现，在ABA信号转导过程中，OsDMI3作用于OsMPK1上游去调节水稻的抗氧化防护系统与H2O2产生。.（3）明确了另一类Ca2+信号感受体--钙依赖型蛋白激酶（CDPK）也参与ABA诱导的抗氧化防护。研究结果显示，玉米ZmCPK11是ABA诱导抗氧化酶基因表达与酶活性上调以及H2O2产生所必需的。进一步调查发现，在这一信号转导过程中，ZmCPK11能够活化ZmMPK5，从而上调抗氧化酶活性。.（4）证实了水稻C2H2型锌指蛋白（ZFPs）ZFP182、ZFP36是ABA诱导抗氧化防护信号转导中的重要组分，增强水稻幼苗对水分胁迫、氧化胁迫的耐性。进一步调查发现，ZFP36是ABA信号转导中调节MAPK、NADPH氧化酶与H2O2之间交叉谈话的关键调节因子。.（5）利用酵母双杂交、pull-down分析、免疫共沉淀分析（Co-IP）以及双分子荧光互补分析（BiFC）澄清了一个与OsDMI3存在相互作用的蛋白质：蛋白磷酸酶OsBIPP2C1。研究结果显示，ABA信号转导中，OsBIPP2C1作用于OsDMI3的上游，负调节OsDMI3活性；OsDMI3与OsBIPP2C1协同作用调节H2O2产生。.本项目已在国际知名学术刊物如Molecular Plant、Journal of Experimental Botany以及Plant Cell& Environment等刊物上发表论文6篇，另有2篇论文待发表。这些研究结果不仅加深了我们对ABA信号转导机理的认识，而且对于进一步利用分子手段提高农作物的抗逆性具有重要的指导意义。