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钙调素(Calmodulin,CaM)在植物钙信号转导中起着非常重要的作用。然而,钙调素本身缺乏酶或转录因子活性,必须通过其下游靶标--钙调素结合蛋白(Calmodulin-binding protein,CaMBP)来调节细胞生理。因此,对钙调素结合蛋白的研究是揭示钙调素功能的重要途径。拟南芥IQM1基因由AT4G33050编码,含有1个IQ基序,推测是一个Ca2+不依赖性的钙调素结合蛋白。本文系统研究了IQM1基因的功能,所得主要结果如下:
1.生物信息学分析发现,IQMl蛋白含有1个IQ基序,N-端和C-端分别与豌豆重金属诱导蛋白和天花粉蛋白具有同源性,是一个全新的含IQ基序的蛋白。
2.通过酵母双杂交、CaM凝胶覆盖和双分子荧光互补实验,证实IQM1蛋白是一个Ca2+不依赖性的CaMBP。
3.亚细胞定位实验表明,IQM1蛋白定位在细胞质中。
4.对IQM1启动子驱动GUS(PIQM1::GUS)表达载体的转化植株进行GUS染色的结果显示,IQM1基因主要在气孔保卫细胞和根成熟区细胞中表达；GUS染色和RT-PCR分析表明,光促进IQM1表达。另外,渗透胁迫、盐胁迫、脱水和脱落酸处理降低IQM1表达水平。
5.通过分子遗传学手段,鉴定获得了IQM1基因的两个T-DNA插入突变体及相应的互补株系。
6.对上述两个突变体和互补株系进行了表型观察,结果显示,无论是在光刺激开放,还是在黑暗或ABA诱导气孔关闭的条件下,两个突变体的气孔开度均与处于关闭状态的野生型的相似；相应互补株系的气孔开度与野生型的相似。说明IQM1基因破坏后,气孔不能对外界刺激产生反应,提示IQM1蛋白参与气孔运动的调节；进一步发现,突变体叶片的失水率比野生型的低,成熟植株的抗旱性与野生型相比有所增强,而相应互补株系与野生型相似,印证了突变体气孔开度变小的结果。另外还发现,突变体的主根比野生型的短,且根毛的发生和伸长对较高浓度生长素不敏感。这些结果与IQM1基因在气孔和根成熟区特异表达的结果相一致。
总之,拟南芥IQM1基因编码一个全新的Ca2+不依赖性的钙调素结合蛋白,介导CaM、光和部分非生物胁迫信号的转导,参与气孔开放和根生长发育的调节。