鈣依賴型蛋白激酶在楊樹耐旱和耐鹽中的調節作用

《鈣依賴型蛋白激酶在楊樹耐旱和耐鹽中的調節作用》是依託北京林業大學，由趙瑞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鈣依賴型蛋白激酶在楊樹耐旱和耐鹽中的調節作用
• 依託單位：北京林業大學
• 項目負責人：趙瑞
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

脫落酸（abscisic acid, ABA）在植物適應乾旱脅迫和鹽脅迫過程中具有重要作用，鈣依賴型蛋白激酶（calcium-dependent protein kinase, CDPK）是ABA信號轉導過程中重要的調控因子。.本項目以灰楊、民眾楊和胡楊為實驗材料，研究CDPK在楊樹耐旱和耐鹽中的調節作用。首先，篩選回響ABA、乾旱和鹽處理的CDPK作為候選基因，確定楊樹候選CDPK的組織和亞細胞定位。然後，使用轉基因技術得到楊樹候選CDPK的RNAi和過表達突變體，同時將候選CDPK過表達於擬南芥中，對上述突變體進行表型分析，明確候選CDPK蛋白的功能。最後，闡明CDPK調控楊樹適應逆境的機制，使用酵母雙雜交技術篩選候選CDPK的互作蛋白和下游底物，使用體外磷酸化、免疫共沉澱、雙分子螢光互補、菸草LCI技術驗證候選CDPK與底物的互作。

結題摘要

土壤鹽漬化、重金屬污染和低溫脅迫為農林業生產帶來巨大經濟損失。當植物遭受環境脅迫時，會造成體內生理代謝失衡，並引起次級毒害。通過研究分子水平和生理水平上植物的抗逆機制，將為植物的良種選育提供理論基礎。本項目以擬南芥（Arabidopsis thaliana）和耐鹽木本植物胡楊（Populus euphratica）為實驗材料，重點研究擬南芥鈣依賴型蛋白激酶CPK27在植物鹽脅迫信號轉導過程中的功能；H2S在緩解胡楊鎘脅迫過程中的調節作用；液泡Ca2+和胞外ATP信號分子在調節胡楊耐鹽過程中的功能。擬南芥CPK27是一個細胞膜定位的蛋白激酶，CPK27的表達受到NaCl的誘導，CPK27有可能通過調節活性氧和離子平衡，正向調節鹽脅迫信號轉導過程。H2S能夠明顯緩解鎘脅迫誘導的胡楊細胞程式化死亡過程。鎘脅迫條件下，H2S能夠提高抗氧化酶的活性。H2S通過抑制鎘離子的內流、將鎘離子區隔化到液泡中來緩解鎘脅迫。胡楊細胞在鹽脅迫處理下，能夠迅速將液泡中的Ca2+釋放到細胞質中，NaCl誘導的液泡Ca2+的釋放過程，受到胞外ATP、H2O2和NO的調節。在胡楊和灰楊中，建立了高效的病毒誘導基因沉默體系（VIGS）。使用菸草脆裂病毒載體能夠有效干擾PDS基因的表達，並且VIGS的沉默效應受到溫度的調節。使用VIGS技術闡明了胡楊HSF轉錄因子通過調節WRKY1基因的表達來提高植物耐鹽性的機制。闡明了胡楊PeAPY2基因參與調節植物對低溫脅迫的回響過程，過表達PeAPY2基因提高了轉基因擬南芥抵禦低溫的能力。PeAPY2通過調節ATP的水平、促進囊泡轉運、提高植物細胞膜的修復能力增強了植株抗低溫的能力。上述研究成果發表在Gene、Plant Physiology and Biochemistry、Cell Calcium、Plant Science、Tree Physiology、Trees和Plant Physiology雜誌上。