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油菜素内酯(Brasssinosteroids,BRs)是一种甾醇类植物激素,可以参与调节植物在干旱、冷害、盐害等逆境胁迫下的多种生理反应。许多研究表明,BR可以通过提高植物抗氧化防护水平来增强植物对胁迫的耐受能力。然而关于BR诱导的植物抗氧化防护的机理的研究却报道较少。本文以玉米农大108为材料,研究了玉米叶片中Ca+/CaM依赖性蛋白激酶(Calcium and Calmodulin dependent kinase,CCaMK)和Ca2+/CaM在BR诱导的抗氧化防护中的作用。 为了研究玉米叶片中ZmCCaMK在BR诱导的抗氧化防护中的作用。我们首先研究了ZmCCaMK是否参与BR信号通路,利用qRT-PCR技术检测玉米离体叶片中ZmCCaMK在外源BR和PEG处理下的基因表达量的变化,同时也用BR处理玉米原生质体,结果发现以上处理均可以使ZmCCaMK的表达量增加。另外,利用玉米原生质体瞬时表达体系瞬时表达和瞬时沉默ZmCCaMK,结果发现:瞬时表达ZmCCaMK可显著上调抗氧化防护酶SOD、APX酶活性,加入BR后酶活略有上升;瞬时沉默ZmCCaMK后可显著下调抗氧化防护酶系统中SOD、APX酶活性,而BR处理几乎不能使其恢复到正常水平。这些结果清楚地表明ZmCCaMK参与了BR诱导的抗氧化防护过程。 为了证实Ca2+/CaM参与BR诱导的抗氧化防护应答,我们实验发现:外源BR处理显著提高了玉米叶片叶肉细胞原生质体细胞质中Ca2+含量以及CaM含量,同时,采用Ca2+通道阻断剂LaCl3(5 mM)抑制剂和Ca+螯合剂EGTA(5 mM),CaM抑制剂TFP、W7预处理玉米幼苗,再施加外源BR,然后测定抗氧化防护酶SOD和APX活性,结果发现Ca2+/CaM抑制剂几乎完全抑制了BR诱导的抗氧化防护酶SOD和APX的活性。同时,这也表明了Ca2+/CaM参与BR诱导的抗氧化防护应答。 为研究BR信号通路中ZmCCaMK和Ca2+/CaM之间的关系,我们采用Ca2+螯合剂EGTA和Ca2+通道阻断剂LaCl3,CaM抑制剂W7、TFP预处理玉米幼苗,再施加外源BR,然后通过qRT-PCR技术检测ZmCCaMK基因表达量的变化,结果发现BR在诱导ZmCCaMK的表达量变化时需要Ca2+/CaM的参与。为进一步研究ZmCCaMK是否影响BR诱导的玉米原生质体细胞质中Ca2+含量以及CaM含量,我们借助玉米原生质体瞬时表达体系,瞬时表达ubi-mCherry-ZmCCaMK载体,结果显示:与对照相比,瞬时表达ZmCCaMK可以导致玉米原生质体细胞质中Ca2+含量以及CaM含量的上升,且用BR处理可以使其含量进一步增加。同样,通过体外转录合成的ZmCCaMK的dsRNA瞬时沉默ZmCCaMK的表达,结果显示:CCaMK瞬时沉默显著降低了玉米原生质体细胞质Ca2+以及CaM的含量,而且外源BR处理只有略微上调。上述结果显示:ZmCCaMK和Ca2+/CaM在BR信号通路中存在着一个交叉对话机制。 综上所述,我们的结果表明:ZmCCaMK参与了BR诱导的抗氧化防护过程,Ca2+/CaM在这一过程中起到关键作用,并且ZmCCaMK和Ca2+/CaM在BR信号通路中形成了一个交叉对话机制。