蛋白激酶GmPK对大豆耐非生物胁迫的调控机理研究

提高作物的耐盐和抗旱性是保证作物高产、稳产的重要措施之一。前期工作已经分离大豆SnRK2类蛋白激酶基因GmPK并确定具有自身磷酸化活性，可以明显提高转基因拟南芥的耐盐和抗旱性，本项目拟对GmPK基因耐逆性的分子和生理机理及其参与的信号通路中的组分进行深入研究，包括对过表达GmPK转基因大豆植株的耐盐和抗旱性鉴定； 应用基因芯片技术分析GmPK调控的重要靶基因，探讨GmPK提高转基因植株耐盐和抗旱性的分子机理；测定逆境相关的生理指标，了解GmPK提高转基因植株耐盐和干旱性的生理机制；应用酵母双杂交技术寻找在非生物胁迫下与GmPK互作的蛋白因子并分析其生物学功能，明确GmPK参与的非生物胁迫信号通路中的上下游组分，阐明GmPK提高植物耐盐和抗旱性的分子调控机理。为通过遗传工程途径改良大豆耐盐和抗旱性提供理论依据和技术、材料储备。

SnRK2亚家族是植物专一的蛋白激酶，在非生物胁迫中起重要作用，但ABA不依赖的SnRK2蛋白激酶的研究较少。本研究克隆了1个大豆的SnRK2亚家族蛋白激酶基因GmPK，系统发育分析和激酶磷酸化试验结果表明GmPK是一个ABA不依赖的功能的蛋白激酶。过表达GmPK的拟南芥转基因植株的耐盐和抗旱性显著高于对照植株。胁迫应答基因（编码LEA蛋白的基因Kin1，ERD10和RD22；转录因子DREB2A及其调控的靶基因RD29b；脯氨酸合成的关键酶基因AtP5CS1）在过表达GmPK转基因植株中的表达水平明显增加，并且过表达GmPK转基因植株的Na+积累少于对照植株，表明GmPK可能参与调节LEA蛋白的生物合成，小分子渗调物质的合成和Na+平衡。通过酵母双杂交技术筛选到32个与GmPK互作的基因，这些基因主要涉及非生物胁迫、糖代谢、光呼吸作用、蛋白质合成等方面，初步阐明了GmPK参与的信号通路。这些结果表明GmPK可能通过控制一些非生物胁迫应答基因的表达和与胁迫应答蛋白互作提高植物的耐盐和抗旱性。