逆境影响农作物的生长发育,限制作物产量的提高和品质的改良,近年来,河北省由于高温和干旱,引起干热风的频繁的出现,直接威胁河北省农业生产。因此应加强对作物耐热机理的研究,探索解除或缓解高温对农业生产危害的方法和措施。本项目通过研究热激信号转导,目的是找到调节植物耐热性的关键基因,为分子育种培育耐热品种提供基因,为调控植物耐热性提供理论基础。
本项目的主要研究内容:
1.证明玉米细胞质热激蛋白70(HSP70)能与钙调素(CaM)结合。结合部位的序列保守性说明细胞质HSP70与CaM的结合在细胞中起基本、重要的作用。鉴于HSP70在热激基因表达中的调节作用,提出CaM在其中的可能作用,因此HSP70与CaM的结合研究为下列研究提供思路。
2.本项目的核心部分和主要创新之处是Ca2+与CaM参与热激信号转导,证据如下:
(1) 37°C热激引起小麦细胞内游离Ca2+浓度的迅速提高,也引起小麦CaM基因CaM1-2的表达增加及胞内CaM蛋白积累。
( 2 )多方面证据证明Ca2+和CaM调节小麦热激基因的表达,参与热激蛋白的合成,提高热诱导的耐热性获得。
( 3 )基因表达动力学证明CaM位于热激信号转导的上游,Ca2+ 是启动热激基因表达的胞内关键因子。
( 4 )凝胶阻滞分析证明Ca2+与CaM能调节热激转录因子(HSF)的DNA结合活性,说明 Ca2+-CaM对热激蛋白基因表达的促进是通过激活HSF的DNA结合活性实现的。
本项目涉及植物生理学、细胞生物学、生物化学和分子生物学多门学科。在基因转录、基因表达、蛋白质合成和耐热性获得等不同水平上证明Ca2+、CaM参与热激信号转导,提出在植物细胞内存在一条新的热激信号转导途径:钙-钙调素途径。同行专家鉴定认为这是一项创新性显著的高水平研究,为作物耐热调节提供依据,对植物其它逆境信号转导的研究有重要指导意义,专家一致评定本项目研究达国际领先水平。
本项目发表论文15篇,6篇被SCI收录,中国科学引文数据库收录8篇。有4篇系列文章在国际植物学权威刊物上发表(“Plant Physiology”上1篇、“Plant Cell Physiology”2篇、1篇已被“Plant Cell & Environment” 接受,2005年发表)。在国内重要刊物“科学通报”、“植物学报”、“植物生理学报”上发表多篇论文。文章发表后被国内外同行引用25次(被他人引用10次,自引15次),国外同行的索要信函13封,在网上有较高的点击率,因此本项目在国内外有一定的影响。