玉米钙依赖蛋白激酶38（ZmCDPK38）基因响应干旱胁迫的调控机理研究

The 40 members of CDPK (Calcium-dependent protein kinase) genes have been identified in maize which play important roles in plant signal transduction pathways of biotic and abiotic stress. By the maize DNA microarray and real-time PCR analysis, Our previous results indicated that the ZmCDPK38 highly expressed by the induction of drought and cold stress. Moreover, the fission yeast over-expressed ZmCDPK38 gene improved their abilitiy of osmotic stress resistance, which suggested that the ZmCDPK38 may be involved in the drought stress signal pathway of maize. So we will make further research on the maize CDPK gene function by transformating the ZmCDPK38 gene into the wild type and mutant of Arabidopsis and maize as well to investigate the phenotype and resistance of transgenic plants. Via the yeast two hybrid system and the ZmCDPK38 protein phosphorylation, we will confirm the regulative factors of upstream and downstream of the ZmCDPK38 gene in the drought stress signal pathway of maize. Our research will provide new evidences and more understandings on the roles of the CDPK gene in plants growth and drought stess signal transduction and will be complemental part of theories in cultivating new crop varieties.

在玉米中，目前已发现40个玉米钙依赖蛋白激酶（ZmCDPK），前期研究利用玉米全基因组芯片及Real-time PCR对这40个玉米CDPKs基因在ABA、盐、干旱、低温、高温等非生物胁迫条件下的表达进行了检测，发现玉米钙依赖蛋白激酶38（ZmCDPK38）在干旱胁迫下高倍诱导表达，同时受低温诱导表达；过量表达ZmCDPK38基因的转基因酵母细胞抗渗透胁迫能力明显增强。初步认为ZmCDPK38可能参与了干旱胁迫信号途径。因此，本项目拟转化拟南芥野生型及其突变体，同时转化玉米详细研究ZmCDPK38的功能；通过酵母双杂、双分子荧光互补、蛋白磷酸化等分子生物学方法，确定ZmCDPK38在干旱胁迫信号转导途径中的作用及信号转导途径中上下游的靶向调节因子。这对揭示玉米在生长发育过程中应对干旱胁迫的调控机理具有重要意义，以期为培育高效、抗旱作物新品种提供新的理论依据。

干旱胁迫作为主要的非生物胁迫之一，对植物的生长发育产生极大伤害的。在我国，玉米产量居于各类作物之首，在国民经济中占有非常重要的地位，我国有60%的玉米种植面积因干旱胁迫而减产。提高作物本身的抗旱能力，培育抗旱新品种是根本的解决途径。然而，要达到这一目标，必须探索作物的耐旱机制，并以此为基础进行遗传改良以改善作物本身的抗旱能力，培育出耐旱新品种。项目前期研究发现玉米钙依赖蛋白激酶38（ZmCDPK38）在干旱胁迫下高倍诱导表达，初步认为ZmCDPK38可能参与了干旱胁迫信号途径。本研究通过在拟南芥中过表达ZmCDPK38基因确定了ZmCDPK38 的功能；通过酵母双杂、免疫共沉淀等分子生物学方法，明确了ZmCDPK38在干旱胁迫信号转导途径中的作用及信号转导途径中的靶向调节因子。这对揭示玉米在生长发育过程中应对干旱胁迫的调控机理具有重要意义，以期为培育高效、抗旱作物新品种提供新的理论依据。.通过本研究，得出以下结论：.（1）a. ZmCDPK38基因在玉米不同组织中的表达模式为组织特异性表达，在玉米叶片的表达水平较高；b. ZmCDPK38基因响应干旱和盐胁迫，表达水平变化显著；c. ZmCDPK38基因的表达受ABA信号的诱导。.（2）ZmCDPK38在细胞水平的表达部位定位于细胞膜，该结果与钙依赖蛋白激酶的结构及其作为钙离子结合蛋白发挥信号传递及调控的功能特性一致。.（3）初步发现ZmCDPK38在干旱胁迫途径的相互作用蛋白为玉米14-3-3蛋白，该蛋白为植物逆境胁迫途径中的一个重要调控因子， ZmCDPK38可能通过与14-3-3蛋白互作发挥调控功能。.（4）ZmCDPK38基因在拟南芥中过表达增强了拟南芥对干旱胁迫的耐受能力，证明了该基因具有抗旱功能。