玉米ZmCIPK12和ZmCIPK21基因的克隆及抗逆分子机理研究.docx

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1、玉米ZmCIPK12和ZmCIPK21基因的克隆及抗逆分子机理研究CBL-interactingproteinkinases(CIPKs)是在高等植物中特有的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,它能与钙调磷酸酶B类似蛋白(CalcineurinB-Likeprotein,CBLs)特异性互作。研究表明植物CIPK基因受多种逆境胁迫诱导表达,CBL-CIPK调控系统在植物逆境应答过程中起关键作用。逆境胁迫条件下,大多玉米CIPK家族基因能够被诱导表达。本研究详细分析了玉米ZmCIPK12基因在不同胁迫处理后的表达量,结果表明：ZmCIPK12在受到脱水处理、盐胁迫以及

2、外源ABA处理后上调表达。ZmCIPK12基因编码区为1512bp,编码一个含有503个氨基酸残基的蛋白。在拟南芥野生型中过表达ZmCIPK12能够显著提高植株耐盐性和耐旱能力。通过酵母双杂实验证实：ZmCIPK12能和玉米CBL蛋白家族中的CBL4和CBL8互作,双分子荧光互补实验证实它们互作后定位在细胞膜上。以ZmCIPK12为钓饵筛选玉米cDNA文库发现：ZmCIPK12能够和4个GRF蛋白(GRF1、GRF2、GRF3、GRF4)互作,双分子荧光互补实验证实ZmCIPK12与GRF3、GRF4互作后定位在细胞质中。另外,ZmCIPK12能够和玉米焦磷

3、酸化酶ZmPPase4在酵母中互作,体夕pull-down实验证实2mCIPK12能够和ZmPPase4在体外结合。蛋白磷酸化实验证实ZmCIPK12能够磷酸化2:mPPase4、ZmPPase4原核表达后的生长曲线表明：转化有ZmPPase4的菌株在pH为4.0的液体培养基中生长速率较对照菌株明显下降；而在pH为9.0的培养液内,转有ZmPPase4的菌株生长速率明显高于对照。由以上结果可以推测,渗透胁迫条件下,CBL4或CBL8与ZmCIPK12互作后将其锚定在细胞膜上,形成有活性的蛋白复合体,同时,ZmCIPK12通过磷酸化ZmPPase4,调控细胞H

4、+驱动的渗透势调节。土壤盐碱对农作物产量影响较大,本研究发现玉米ZmCIPK21能够被盐和高温胁迫诱导。盐胁迫处理后ZmCIPK21基因表达量呈上调趋势。在拟南芥野生型中过表达ZmCIPK21能够显著提高植株耐盐性,通过分析转基因植株生理指标发现,在盐胁迫处理后,转基因植株与野生型相比积累的Na+和H2O2较少。检测转基因株系和野生型植株中与逆境相关的基因发现：转基因植株中LDREB1B和DREB1C基因的表达量较野生型显著提高。亚细胞定位实验结果表明ZmCIPK21主要定位在细胞质和细胞核中。另外,在拟南芥cipk1-2突变体中过表达ZmCIPK21能够恢

5、复突变体的盐敏感表型。盐处理后的Na+、K+离子含量分析表明,过表达株系和互补株系中Na+积累量比野生型和cipk1-2突变体要少,而过表达株系和互补株系的r含量下降不明显。说明ZmCIPK21在抵御盐胁迫过程中,对维持植物体内Na+、K+平衡具有重要作用。本文的研究结果为玉米CIPK基因家族功能研究提供了实验依据,也为玉米抗逆遗传改良提供了重要的候选基因。