玉米CIPK基因家族的鉴定及ZmCIPK3的抗旱性功能研究

钙调磷酸酶B类互作蛋白激酶(CIPK,CBL interacting protein kinases)是植物钙离子信号通路中响应非生物逆境胁迫的重要蛋白激酶之一。本研究以拟南芥和水稻中CIPK家族基因序列信息为基础,利用玉米参考基因组B73和生物信息学分析方法,全基因组范围内鉴定玉米CIPK基因家族成员,分析CIPK家族基因的进化关系、基因结构、基因表达模式和对干旱胁迫的响应。本研究共鉴定出44个玉米CIPK家族基因,并将其分为5个亚家族,每个亚家族有不同的外显子-内含子和UTR的结构特征;基于基因差异表达分析,筛选出5个与抗旱性相关的候选基因ZmCIPK3、ZmCIPK7、ZmCIPK44、ZmCIPK25和ZmCIPK28;进一步的遗传数据表明,干旱胁迫下ZmCIPK3拟南芥转基因株系的存活率明显高于野生型,提高了拟南芥的抗旱性;同时,干旱胁迫下ZmCIPK3拟南芥转基因株系中抗旱性相关生化指标过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性显著高于野生型,而丙二醛和脯氨酸的含量显著低于野生型。本研究在玉米全基因组水平上鉴定了CIPK基因家族成员,分析了其在不同抗旱性材料、不同水分处理下的基因表达模式,明确了ZmCIPK3是一个抗旱性候选基因。