强旱生盐生植物唐古特白刺(MNitrariaria tangutorum Bobr.)为中国特有的多年生落叶灌木,具有极强的抗逆能力,沙埋后可通过克隆生长形成白刺包,是土壤荒漠化和盐碱化防治的先锋植物。然而,由于遗传信息的缺乏,该植物抗逆分子机制的研究进展十分缓慢。本研究从唐古特白刺中克隆脯氨酸合成途径的关键基因二氢吡咯-5-羧酸合成酶NtP5CS和钙信号转导通路重要组分钙调磷酸酶B类似蛋白互作激酶NtCIPK2,分析两基因的序列信息、系统进化、细胞定位、启动子结构及表达特性,探讨其在大肠杆菌和拟南芥中抵抗非生物胁迫过程中发挥的作用,并进行紫花苜蓿的遗传转化和初步验证。本研究的开展对于深入了解唐古特白刺的抗逆分子机制,开发利用唐古特白刺抗逆资源及培育抗逆牧草新品种具有重要的意义。主要研究结果如下：1.从唐古特白刺中分离获得NtP5CS和NtCIPK2基因,生物信息学分析发现,NtP5CS和NtCIPK2基因编码蛋白具有与拟南芥、水稻等其他物种同源蛋白一致的典型特征、关键结构域和活性调控位点,据此推测这两个基因编码蛋白与同源蛋白具有相似的功能,即在唐古特白刺Pro的合成及钙信号传导机制中发挥着重要的作用。亚细胞定位结果显示,NtP5CS主要分布于细胞膜和细胞核中,而NtCIPK2在整个细胞中广泛存在。2.利用SiteFinding-PCR技术获得NtP5CS和NtCIPK2基因的启动子序列,长度分别为2566bp和1612bp。通过启动子预测软件分析,发现两个基因的启动子中含有大量逆境胁迫响应元件,如W-box、MYB、MYC、HSE和LTRE元件等,这些逆境响应元件的存在,表明NtP5CS和NtCIPK2基因的表达可能受到干旱、高盐、高温和低温等非生物胁迫因素的诱导；半定量RT-PCR结果证实,在干旱、高盐、高温及低温4种胁迫条件下,两个基因表达量明显升高,在唐古特白刺生境适应过程中发挥积极作用。3.构建NtP5CS和NtCIPK2基因的原核表达载体,并进行大肠杆菌转化实验,模拟盐、碱、干旱、渗透、高温和低温6种胁迫条件,发现重组菌株的生长状况明显优于对照菌株,两个基因的表达均可显著提高大肠杆菌的多重抗逆能力；以唐古特白刺和拟南芥作为抗逆和非抗逆植物的代表,比较分析NtP5CS与AtP5CS基因的表达对大肠杆菌的影响。结果表明,NtP5CS相较AtP5CS而言,可以更有效的提高大肠杆菌对于6种胁迫的抗性,证明基因来源的不同可能导致植物抗逆能力的差异。4.将NtP5CS和NtCIPK2基因在拟南芥中过量表达,在模拟盐和干旱胁迫条件下,转基因拟南芥的萌发率、根长和生长状况等表型特征均优于野生型植株,转基因拟南芥可溶性糖和脯氨酸的含量显著高于野生型植株,丙二醛MDA上升幅度和叶绿素下降幅度显著低于野生型植株,说明NtP5CS和NtCIPK2基因的表达从积累渗透调节物质,减缓膜脂过氧化反应,增强光合作用等方面提高了拟南芥的抗旱性和耐盐性。5.以下胚轴作为外植体材料,通过农杆菌介导法,将NtP5CS和NtCIPK2基因转化紫花苜蓿“中苜一号”,PCR和RT-PCR检测证实外源基因已整合到苜蓿基因组中并实现过量表达,最终获得转NtP5CS或NtCIPK2基因紫花苜蓿再生植株各3株,为培育苜蓿抗逆品种奠定基础。