Ca~(2+)作为第二信使,在植物生长发育及逆境胁迫响应中发挥重要作用。钙调磷酸酶B类蛋白(CBLs)是一类植物特有的的Ca~(2+)传感器,通过激活植物特异性蛋白激酶家族(CIPK)解码钙信号。CBLs和CIPKs相互作用构成信号网络,响应各种细胞外信号刺激,如生物胁迫和非生物胁迫。前期研究发现,在多效唑及干旱胁迫下,ZmCIPK3过表达转基因拟南芥的早期萌发优于野生型拟南芥,推测ZmCIPK3可能通过调控赤霉素信号影响种子萌发。本研究分析了赤霉素及多效唑处理下,ZmCIPK3在玉米种子早期萌发阶段的表达模式。利用过表达转基因拟南芥植株,分析了ZmCIPK3对赤霉素代谢相关基因表达的影响,为进一步明确ZmCIPK3调控玉米种子萌发提供理论依据。此外,利用生物信息学手段,分析了ZmCBL4.1的序列结构特征,并初步明确了过表达ZmCBL4.1拟南芥在盐胁迫下的作用,研究结果为利用分子育种手段获得玉米耐旱和高盐胁迫相关品种提供优异的基因资源。主要研究结果如下:(1)多效唑和赤霉素处理下,ZmCIPK3在玉米早期萌发阶段的表达分析前期研究发现,ZmCIPK3可能通过影响赤霉素信号在玉米种子早期萌发中发挥作用,为了进一步分析其作用机理,我们研究了玉米早期萌发过程中赤霉素及多效唑对ZmCIPK3表达的影响。结果表明:在水培条件下,ZmCIPK3在处理48 h后的表达量达到峰值,是0h的5.8倍;在15 mg/L赤霉素处理下,ZmCIPK3的表达量在6 h和48h表达量出现了小高峰,而在72 h时达到最大,是0h的8.2倍;在125 mg/L多效唑处理下,ZmCIKP3在6 h的表达量达到高峰,是0h的3.8倍,而其他时间段的表达量变化不显著。处理6 h后,赤霉素处理的表达量是正常条件的7.3倍,推测赤霉素可能促进ZmCIPK3的表达;正常条件和赤霉素处理处理48 h后的表达量是多效唑处理的2倍,推测多效唑对ZmCIPK3的表达有抑制作用。综上,赤霉素及多效唑对ZmCIPK3在种子萌发时期的表达有一定的影响。(2)多效唑和甘露醇处理下,ZmCIPK3对赤霉素代谢相关基因表达的影响利用多效唑处理拟南芥(转基因ZmCIPK3拟南芥OE-1和OE-2、野生型WT),提取RNA。实时荧光定量PCR分析结果表明:在OE-1和OE-2中,GA20ox1、GA20ox2、GA3ox1、GA3ox2等AZD2281赤霉素合成相关基因的表达水平上升。尤其是GA3ox2,在OE-2中处理24 h时的表达量是野生型WT的16倍;同时在OE-2中,GA20ox2在48 h时的表达量是野生型WT的7倍。而赤霉素降解基因(GA2ox1、GA2ox2、GA2ox3、GA2ox4、GA2ox6、GA2ox7、GA2ox8)的表达水平在OE-1和OE-2中均下降,尤其是在GA2ox3中,OE-1和OE-2的表达量在各个时间段显著降低。赤霉素信号相关基因(RGL2、RGL3、RGA和GAI)在OE-1和OE-2中的表达水平均低于野生型WT。甘露醇处理的结果与多效唑的相似,与野生型WT相比,赤霉素合成相关基因在OE-1和OE-2中的表达量上升;赤霉素降解基因和赤霉素信号相关基因在OE-1和OE-2中的表达量降低。综上,在萌发期种子中,ZmCIPK3可能通过促进赤霉素合成相关基因转录、抑制降解相关基因和信号转导基因的表达,最终促进种子在多效唑及干旱胁迫下的萌发。(3)CBL4.1基因的生物信息学分析利用同源克隆技术,获得一个钙离子感受器相关的CBL基因(登录号:EU973091)。序列分析发现,其编码214aa,属于膜蛋白,其氨基酸序列中含有三个EF-hand手型结构。同源性分析发现,其与拟南芥CBL4及已报道的ZmCBL4的同源性强,命名为ZmCBL4.1。利用DNAMAN和MEGA软件,与不同植物的CBL4氨基酸序列分析比对发现,ZmCBL4.1与玉米ZmCBL4的亲缘关系较近,与拟南芥At CBL4和小麦Ta CBL4的关系次之,而与Pe CBL4和CSF biomarkersNs CBL4之间的亲缘关系最远。(4)过表达ZmCBL4.1转基因拟南芥在盐胁迫下的表型分析实验前期得到了3个ZmCBL4.1过表达转基因株系(CBL4.1-1、CBL4.1-2、CBL4.1-3),为了研究其功能,在高盐胁迫下,发现过表达转基因拟南芥的根长比野生型拟南芥的根长长,而正常条件下两者幼苗长势无明显差异,表明ZmCBL4.1能够促进盐胁迫下拟南芥幼苗的生长。并进一步利用CaCl_2和Ca~(2+)通道阻断剂La Cl_3分析Ca~(2+)在CBL4发挥功能中的关键作用,结果发现:添加CaCMRTX849 IC50l_2后,高盐胁迫下ZmCBL4.1仍能显著促进拟南芥幼苗的生长;而添加La Cl_3后,过表达CBL4.1拟南芥和野生型拟南芥的表型无明显差异,说明Ca~(2+)被阻断之后,ZmCBL4.1在高盐胁迫下的促进作用也被抑制。上述结果表明ZmCBL4.1可促进盐胁迫下拟南芥幼苗的生长,其作用受Ca~(2+)介导。这为进一步阐明其功能提供了理论依据,也为利用分子育种手段提高植物抗盐性提供了优异基因资源。