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摘要植物的生长发育容易受到外界环境的影响。随着全球环境的不断变化和人类活动范围的扩大，非生物逆境对植物正常生长造成的负面影响日趋严重，给环境保护和农业生产带来了巨大的损失。为应对非生物胁迫导致的伤害，植物在长期的进化中形成了一套适应环境胁迫的机制，包括胁迫信号的感知、转导和响应。Ca2+信号通路作为植物体最重要的信号通路之一，广泛参与了抗逆信号转导过程。研究表明，在Ca2+信号通路中，由类钙调磷酸酶B蛋白（Calcineurin B-like protein, CBL）和CBL互作蛋白激酶（CBL-interacting protein kinase, CIPK）组成的CBL-CIPK信号网络对Ca2+信号的感知和解码起着不可或缺的作用。作为一类植物特有的蛋白激酶，CIPK参与了植物的生长发育、营养吸收和胁迫响应等诸多过程，并发挥重要作用。然而， CIPK在植物应对非生物胁迫中的具体作用机制目前尚不完全明确。<br>　　模式植物二穗短柄草（Brachypodium distachyum）属于早熟禾亚科，因与小麦、高粱等粮食作物的亲缘关系较近而得到了学界的重点关注。到目前为止，对二穗短柄草CIPK家族的功能研究尚未有报道。本研究成功克隆了BdCIPK31基因，并对其抗逆功能进行了分析，并进一步从生理、生化和分子生物学水平上对其功能机制进行了探究，取得的主要结果如下：<br>　　1）利用荧光定量PCR的方法检测了BdCIPK31基因在二穗短柄草不同器官中的表达，同时检测了该基因在不同逆境处理下植株叶片中的表达量。结果显示， BdCIPK31基因在短柄草不同器官中均表达，其在植株幼叶中的表达受到PEG6000， NaCl，H2O2，低温和脱落酸(Abscisic acid, ABA)处理的抑制。该结果表明，BdCIPK31的表达响应渗透，高盐，氧化和低温胁迫，且其响应机制与ABA相关。<br>　　2）分析了BdCIPK31基因的启动子序列，发现其中存在大量与非生物胁迫相关的顺式作用元件，包括多个ABA响应元件，表明二穗短柄草可能通过ABA依赖信号通路调控BdCIPK31基因的表达。进而，我们克隆了2 kb的BdCIPK31启动子片段，并以 β-葡萄糖苷酸酶基因（β-glucuronidase, GUS ）为报告基因构建了PromoterBdCIPK31::GUS载体并转化烟草。通过组织化学染色及GUS酶活定量检测法研究了BdCIPK31启动子在甘露醇，氯化钠和ABA处理下的转录活性。结果发现BdCIPK31启动子在高渗，高盐和ABA处理下的转录活性均有所减弱。<br>　　3）利用农杆菌介导的遗传转化法获得了超表达 BdCIPK31 基因的转基因烟草，并以之为材料研究BdCIPK31基因的抗逆功能。结果表明，超表达BdCIPK31能够增强转基因烟草对干旱，高盐和低温胁迫的耐受力，并增强转基因烟草对外源ABA的敏感性。更进一步的研究发现，BdCIPK31 本身并不影响内源 ABA 的合成，而BdCIPK31对干旱和盐胁迫耐受的调控依赖ABA。<br>　　4）超表达BdCIPK31 能够促进ABA介导的气孔关闭，从而降低植物在干旱状态下的失水率。进一步研究发现，超表达BdCIPK31提高了TORK1基因的表达量。TORK1编码一个保卫细胞的K+外流通道蛋白。该结果表明，BdCIPK31促进气孔关闭的作用可能与调控保卫细胞K+外流有关。<br>　　5）在高盐胁迫下，超表达BdCIPK31基因的烟草比对照组积累了更多的Na+， K+和Ca2+，且转基因烟草离子转运体基因NtSOS1, NtNHX2, NKT1, NtCAX2的表达量均较高。此外，超表达BdCIPK31基因还能够降低盐胁迫导致的根部K+流失。这些结果表明，BdCIPK31参与了盐胁迫下植物体内Na+，K+和Ca2+的区间化，并促进了K+的吸收，防止盐胁迫下K+的流失，从而维持高盐胁迫下植物体内的离子平衡。<br>　　6）超表达BdCIPK31基因能够显著提高非生物胁迫下烟草植株中抗氧化酶的活性和抗氧化物的含量，从而降低非生物胁迫下植物体内 ROS 的积累，减轻了细胞膜损伤。此外，超表达BdCIPK31基因还能够增强烟草植株对氧化胁迫的耐受性。<br>　　7）超表达BdCIPK31基因同样能够促进非生物胁迫下烟草植株中渗透调节剂的合成，从而调节细胞渗透压，抵抗非生物胁迫导致的渗透胁迫。<br>　　8）超表达BdCIPK31基因能够显著提高非生物胁迫下烟草植株中抗逆相关转录因子NtABF1，NtABF2，NtRD26和NtDREB3的表达量。此外，逆境防御相关基因NtERD10C，NtERD10D，NtLEA5和TobLTP1的表达量也受到BdCIPK31的正调控。表明BdCIPK31能够通过依赖ABA和不依赖ABA两条途径参与植物抗逆相关基因的转录调控。<br>　　综上所述，本研究证明BdCIPK31通过Ca2+和ABA信号通路参与了植物对非生物胁迫的响应过程，并在其中发挥了正调控作用。