长叶红砂钙依赖蛋白激酶RtCDPK16的非生物胁迫应答分析

植物受到逆境刺激后,钙离子结合蛋白能够感知钙信号并将其解码,激活下游靶蛋白,从而引发胁迫应答反应,钙调蛋白激酶在其中发挥了重要作用。长叶红砂为东阿拉善-西鄂尔多斯特有的珍稀泌盐植物,对干旱、盐碱等环境胁迫具有极强的适应性。本研究基于转录组数据,克隆了长叶红砂钙调蛋白激酶Rt CDPK16的开放阅读框(open reading frame,ORF),氨基酸序列比对和进化分析显示,其与拟南芥的同源性为78.46%,与葡萄Vv CDPK16同源性最高(80.97%)。基因表达特性分析显示,Rt CDPK16在根茎叶中均表达,且在根中表达量最高,同时其表达水平可被氯化钠(NaCl)/聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)/冷胁迫(cold stress,cold)/脱落酸(abscisic acid,ABA)等多种环境胁迫和氯化钙(calcium chloride,CaCl_(2))显著诱导。构建植物表达载体并转化拟南芥,对野生型拟南芥(WT)和过表达拟南芥(OE)株系进行干旱、盐和脱落酸胁迫,发现胁迫处理下OE株系的根长、鲜重和叶绿素含量等表型指标均显著高于WT,表明Rt CDPK16的超表达使转基因株系获得了更强的胁迫耐受性;生理生化指标检测显示,胁迫处理下各株系中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)等抗氧化酶活性及脯氨酸(proline,Pro)、可溶性糖(soluble sugar,SS)等渗透调节物质的含量均被显著诱导,且超表达株系显著高于WT,而过氧化氢(hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))/超氧阴离子(superoxide anion,O_(2)^(-))的积累量显著低于WT;实时荧光定量(quantitativereal-time,q RT-PCR)检测发现,胁迫条件下OE株系的相关抗氧化酶基因、ABA合成和信号途径关键元件基因及脯氨酸合成基因均被显著诱导。以上结果表明,Rt CDPK16在拟南芥中的超表达通过调控转基因植物中抗氧化和渗透调节系统相关基因的表达和酶活性,促进转基因植物的渗透平衡和活性氧(reactive oxygen species,ROS)稳态的维持,进而提高转基因植物的胁迫耐受性,这一过程可能是通过依赖于ABA信号的途径实现的。