玉米ZmCIPK9及ZmCBL8在非生物胁迫应答中的功能研究

发布时间：2018-04-08 10:40

  本文选题：ZmCIPK9　切入点：钾离子信号传导　出处：《中国农业大学》2016年博士论文

【摘要】：植物在遭受外界环境胁迫侵害时,体内细胞中的钙离子浓度发生迅速变化,引发植物对外界环境的快速响应。植物CBL/CIPK信号通路在钙离子信号传递过程中起着重要作用。CBLs在接收植物细胞产生的钙离子信号后,通过激活下游CIPKs的激酶活性实现钙离子信号的传递。近年来在拟南芥和水稻等物种中均发现了在植物逆境应答中起重要作用的CIPK及CBL家族成员,而对玉米CBL/CIPK信号通路的研究还有待深入。本实验室在之前的研究中发现玉米基因组中含有40多个CIPK及10个CBL家族成员,其中许多基因都受到多种逆境胁迫条件的诱导表达,这暗示着玉米CIPKs及CBLs在玉米逆境应答中具有重要作用。在此基础上,本文对其中两个基因进行了非生物胁迫应答方面的功能研究。首先,本实验室在前期研究中发现一个在干旱处理条件下明显上调表达的玉米CIPK基因ZmCIPK9。本人硕士阶段的工作显示,该基因的过量表达可以互补拟南芥Atcipk23突变体的低钾敏感表型。在本研究中,对该基因表达模式的分析表明该基因受到低钾、ABA, NaC1、脱水、低温及高温胁迫条件的诱导表达。Real-time PCR结果显示ZmCIPK9在玉米的各个组织中均有表达,且在雌穗中的表达量最高。通过酵母双杂交及BiFC实验,找到了与ZmCIPK9相互作用的3个玉米CBL蛋白,分别是ZmCBLl,ZmCBL4及ZmCBL9;且ZmCIPK9与该3个ZmCBLs蛋白互作后形成的复合体定位于细胞质膜。对ZmCIPK9互补Atcipk23突变体转基因株系进行钾离子含量及钾离子吸收的测定,结果显示,ZmCIPK9的过量表达提高了Atcipk23突变体的钾离子吸收能力,表明ZmCIPK9可能参与调节玉米的钾离子信号传导。为了进一步研究ZmCIPK9参与的信号通路,通过酵母双杂筛选ZmCIPK9可能的下游靶基因,结果发现ZmCIPK9可以与玉米Shaker钾离子通道蛋白ZORK的胞质区互作。以上实验表明ZmCIPK9是玉米钾离子信号传导通路中的重要成员。另外,本研究通过进化分析克隆到了拟南芥CBL8的同源基因ZmCBL8,序列分析表明ZmCBL8与拟南芥CBL8及CBL4的序列一致性较高。表达模式分析显示ZmCBL8可能参与玉米逆境胁迫应答。该基因在ABA, NaCl、低温及高温条件下表达量明显下调。通过酵母双杂实验筛选到3个与ZmCBL8互作的玉米CIPK基因。亚细胞定位实验结果表明ZmCBL8在细胞质及细胞核中均有表达。将该基因在拟南芥中过表达后发现,与野生型相比,ZmCBL8转基因株系表现出ABA不敏感表型,具体表现为转基因株系在ABA处理条件下绿苗率,生物量及根长方面明显高于野生型。为了进一步研究ZmCBL8可能的作用机制,运用实时荧光定量PCR的方法对ZmCBL8转基因株系中ABA信号通路及ABA合成代谢中重要基因的表达量进行分析,结果显示ZmCBL8过表达株系的ABA不敏感表型可能主要是由于该基因的表达提高了转基因株系体内的ABA降解能力,同时对ABA的内源合成基因也造成了一定的影响;而在ABA上游信号通路方面并没有明显的作用。通过上述实验,初步推断ZmCBL8参与调控ABA的合成及代谢,在玉米逆境应答中起负调控作用。本研究发现了参与玉米钾离子信号传导的玉米CIPK基因及负调控玉米逆境胁迫应答的CBL基因,这些结果为解析玉米CBL/CIPK信号网络提供了新的实验证据。
[Abstract]:In this study , we found that there were more than 40 CIPK genes in maize genome .

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q943.2

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本文编号：1721250