谷子SiCIPK21的克隆及功能分析OA北大核心CSTPCD

【目的】Ca2+-CBL-CIPK信号系统在植物响应非生物逆境中具有重要功能。克隆谷子Si CIPK21,并研究其抗逆功能,为谷子抗逆分子育种提供关键候选基因和理论依据。【方法】利用生物信息学分析Si CIPK21启动子区域的顺式作用元件,预测其蛋白与拟南芥At CBL的互作关系。通过PCR技术克隆Si CIPK21,构建融合表达载体在烟草中瞬时表达,确定亚细胞定位。从谷子品种豫谷1号叶片中特异性扩增Si CIPK21的部分片段,构建重组载体VIGS-p TRV2-Si CIPK21,以谷子八氢番茄红素脱氢酶(Si PDS)为指示基因,选取二叶期的谷子幼苗,通过子叶注射进行侵染,利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术研究盐(250 mmol·L^(-1)Na Cl)胁迫下Si CIPK21在谷子苗期的作用。在拟南芥中过表达Si CIPK21获得T3代转基因株系。在不同浓度Na Cl(150/175 mmol·L^(-1))、甘露醇(300/400 mmol·L^(-1))和ABA(0.25/0.5μmol·L^(-1))处理下对萌发期的表型进行分析,同时,对苗期的耐盐和耐旱表型进行分析。【结果】亚细胞定位显示,Si CIPK21位于细胞核。Si CIPK21可能与拟南芥At CBL2、At CBL3、At CBL4、At CBL9和At CBL10互作。Si CIPK21启动子区域含有逆境应答元件,暗示Si CIPK21可能参与谷子的逆境应答。VIGS基因沉默试验表明,沉默谷子Si CIPK21植株对盐胁迫的敏感性增加。通过遗传转化获得3个独立的T3代拟南芥过表达株系(2#、3#和6#)。在不同浓度Na Cl(150/175 mmol·L^(-1))、甘露醇(300/400 mmol·L^(-1))和ABA(0.25/0.5μmol·L^(-1))条件下的萌发率、萌发速度、绿色子叶展开率、根系长度和鲜重均显著高于野生型植株(WT);在拟南芥苗期,过表达株系的成活率和叶绿素含量显著提高,对盐胁迫和干旱的耐受性增强。【结论】Si CIPK21是植物响应盐和干旱胁迫的正调控因子,Si CIPK21可作为提高谷子抗逆分子育种的候选基因。