拟南芥液泡膜钙感受器CBL2与CBL3功能的研究

CBL蛋白是植物中一类特殊的钙感受器，它们通过与蛋白激酶CIPK的相互作用形成复合体，处于活性状态的CBL-CIPK复合体通过翻译后的磷酸化修饰下游靶蛋白或调节相关基因的表达，进而解码各种动态变化的钙信号并调控相关的生理过程。CBL-CIPK信号系统广泛参与植物对各种逆境的响应过程。在本项目中，我们将利用拟南芥cbl2 cbl3突变体材料通过遗传、生化、分子、细胞等各方面手段对液泡膜钙感受器CBL2与CBL3进行功能分析，明确其各种生物学功能，揭示信号经由CBL2及CBL3转导的分子事件，同时阐明CBL2-CIPK途径可能调控液泡膜V-ATPase活性的分子机理，为进一步完善CBL-CIPK信号网络调控植物逆境响应的研究提供第一手的科学资料，也为通过转基因方式有效改良植物耐逆性状提供一些新的思路。

钙（Ca2+）是植物发育和适应环境过程中的关键信号。细胞内的钙信号由一系列感受器分子感知和传导。在植物中，钙调磷酸酶B类似（CBL）蛋白家族是一类特殊的钙感受器，它们通过与一类蛋白激酶（CIPKs）特异性的相互作用解码植物细胞内的钙信号。在本项目中，我们研究了拟南芥CBL蛋白家族中两个密切相关的成员CBL2与CBL3的功能。CBL2与CBL3基因在拟南芥植株中遍在表达，并通过N-端液泡膜定位序列（TTS）专一性地定位于植物细胞的液泡膜上。尽管这两个基因的突变体cbl2和cbl3与野生型在表型上无明显差异，但cbl2 cbl3双突变体表现出明显的生长缺陷，包括叶尖坏死、根系欠发达、植株矮小，果荚变短和结籽数减少。这些表型和液泡膜H+-ATPase（V-ATPase）基因vha-a2、vha-a3的双突变体类似。的确，进一步研究发现，cbl2 cbl3双突变体中液泡膜H+-ATPase（V-ATPase）活性下降从而导致液泡内pH值上升。另外，cbl2 cbl3双突变体对各种外施的金属离子更加敏感。离子组分析进一步表明cbl2 cbl3双突变体中多种矿质元素离子的积累减少，这也很可能与其V-ATPase活性的下降有关。这些结果表明液泡膜钙感受器CBL2和CBL3通过调节V-ATPase活性影响拟南芥的正常生长以及维持细胞内的离子稳态。此外，我们还在拟南芥中鉴定出一些与CBL2/CBL3相互作用的CIPK蛋白，它们有可能参与同一条钙信号途径。