盐胁迫下钙调素对SOS信号通路调控机制的研究

Calmodulin (CaM) is the most important multifunctional Ca2+ sensor protein in plants, however, its particitation in salt signaling pathway remains elusive. We ever reported the salt-responsive CaM isoforms and their preliminary signaling transduction. Our recent work primarily indicated that salt-responsive CaM4 might induce salt resistance through the core element SOS2 of another salt-responsive Salt Overly Sensitive (SOS) pathway. In this study, we expect to continuously explore their possible inter-connection in salt tolerance. ①We expect to find which one is the upstream of the other one using Arabidopsis wild type and loss-of–function mutants of CaM4 and SOS element according to cellular and genetic techniques；②We testify the direct combination of CaM4 and SOS2 with molecular techniques mainly including Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC), Overlay and Co-immunoprecipitation (CoIP)；③We examine the effect of CaM4 on in vitro and in vivo activities of SOS2 with biochemical techniques to confirm CaM4 target protein；④We investigate the physiological base of CaM4 induction of salt tolerance through SOS2. According to these upon works, we might improve the salt signaling pathway and initiate a novel object to study plant adaptation to salt stress.

钙调素（calmodulin, CaM）作为植物细胞内最重要的Ca2+传感蛋白，调控植物耐盐性的分子机理还不清楚。申请人曾经首先报道了响应盐胁迫的CaM亚型，最近的工作发现响应盐胁迫的AtCaM4可能通过SOS（Salt Overly Sensitive）信号通路的核心组分SOS2发挥作用。本课题拟以模式植物拟南芥野生型、CaM4和SOS组分的功能缺失突变体为材料，①利用基因表达和遗传学等手段，首先发现并验证响应CaM4与SOS信号之间可能存在的上下游关系；②在此基础上，利用BIFC、Overlay和Co-IP等技术，逐步确认CaM4与的SOS2之间的直接连接；③利用生化手段，检验CaM4对SOS2激酶活性的影响；④最后，利用生理生化技术研究CaM4通过SOS2诱导植物耐盐性的生理生化基础，最终揭示CaM对于SOS信号系统的调控机制，完善已有的盐信号通路。

土壤中过多的盐分严重制约了植物的正常生长和发育，造成了农作物的产量较少和品质的下降，植物体内盐信号通路的研究对于最终解决植物耐盐性的问题至关重要。钙信号作为植物盐信号的核心组分，通过它的传感蛋白诱导了植物的耐盐反应。申请人曾经报道了植物细胞中最重要的传感蛋白钙调素（calmodulin, CaM）能够响应盐胁迫，但是它的信号通路还不清楚。SOS（Salt Overlay Sensitive）信号系统是目前研究公认的唯一的植物盐响应通路，很有可能与CaM相互作用，本课题希望验证这一假说，完善已有的盐信号网络。.本实验室于2016年报道了钙调素亚型AtCaM4响应盐胁迫。为了验证CaM是否与SOS信号系统相互作用，我们首先通过设计实验验证了CaM4和SOS中的核心组分SOS2相互作用并且激活SOS2的激酶活性，从而调节SOS信号通路；后续的生理生化实验表明，CaM4通过激活的SOS2进一步磷酸化SOS1 (定位在质膜上的Na+/H+逆向转运蛋白)，磷酸化的SOS1将多余的Na+从胞内排出到胞外，进而维持植物体内离子平衡。初步揭示CaM4通过调控SOS2 ，从而诱导植物耐盐性的分子调控机制，进而提出CaM-SOS响应盐胁迫的一个新盐信号传导模型。.预计的研究内容已经全部完成，数据正在整理投稿中，有可能发表在国际权威植物学刊物上。受该基金的资助我们还对胁迫条件下的其他信号通路进行了研究，相关研究内容发表在4篇SCI论文上（责任作者），培养毕业研究生4名，出版相关的学术专著1部。.非常感谢国家基金委对我们过去4年工作的支持！