中国农业科学｜山西农业大学赵晋锋课题组克隆谷子SiCIPK21并研究其抗逆功能

干旱和盐胁迫是影响植物生长发育，限制作物产量和品质的关键因素。谷子作为新兴模式作物具有独特的逆境应答机制。因此，筛选和鉴定谷子抗逆相关基因，深入研究谷子抗逆分子机制，在研究植物响应逆境的分子生物学领域具有谷子特有的优势。

近期，山西农业大学谷子研究所赵晋锋课题组完成的题为“谷子SiCIPK21的克隆及功能分析”在《中国农业科学》2024年第57卷22期正式发表。

该研究利用生物信息学分析SiCIPK21启动子区域的顺式作用元件，预测其蛋白与拟南芥AtCBL的互作关系。通过PCR技术克隆SiCIPK21，构建融合表达载体在烟草中瞬时表达，确定亚细胞定位。从谷子品种豫谷1号叶片中特异性扩增SiCIPK21的部分片段，构建重组载体VIGS-pTRV2-SiCIPK21，以谷子八氢番茄红素脱氢酶（SiPDS）为指示基因，选取二叶期的谷子幼苗，通过子叶注射进行侵染，利用病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silencing，VIGS）技术研究盐（250 mmol·L^-1 NaCl）胁迫下SiCIPK21在谷子苗期的作用。在拟南芥中过表达SiCIPK21获得T₃代转基因株系。在不同浓度NaCl（150/175 mmol·L^-1）、甘露醇（300/400 mmol·L^-1）和ABA（0.25/0.5 μmol·L^-1）处理下对萌发期的表型进行分析，同时，对苗期的耐盐和耐旱表型进行分析。

SiCIPK21在烟草表皮的亚细胞定位

亚细胞定位显示，SiCIPK21位于细胞核。SiCIPK21可能与拟南芥AtCBL2、AtCBL3、AtCBL4、AtCBL9和AtCBL10互作。SiCIPK21启动子区域含有逆境应答元件，暗示SiCIPK21可能参与谷子的逆境应答。VIGS基因沉默试验表明，沉默谷子SiCIPK21植株对盐胁迫的敏感性增加。

SiCIPK21的VIGS载体构建及沉默SiCIPK21谷子的耐盐性鉴定

通过遗传转化获得3个独立的T3代拟南芥过表达株系（2#、3#和6#）。

SiCIPK21过表达拟南芥的鉴定

在不同浓度NaCl（150/175 mmol·L^-1）、甘露醇（300/400 mmol·L^-1）和ABA（0.25/0.5 μmol·L^-1）条件下的萌发率、萌发速度、绿色子叶展开率、根系长度和鲜重均显著高于野生型植株（WT）；在拟南芥苗期，过表达株系的成活率和叶绿素含量显著提高，对盐胁迫和干旱的耐受性增强。

萌发期盐胁迫下过表达SiCIPK21拟南芥的表型

苗期盐胁迫对SiCIPK21过表达拟南芥生长的影响

萌发期SiCIPK21过表达拟南芥对渗透胁迫的耐受性

综上，SiCIPK21是植物响应盐和干旱胁迫的正调控因子，SiCIPK21可作为提高谷子抗逆分子育种的候选基因。

山西农业大学谷子研究所赵晋锋副研究员为该研究的通信作者，主要从事谷子抗逆关键基因发掘与分子育种；杜艳伟副研究员为该研究的第一作者，主要从事谷子育种与种质创新。

该研究获得山西省基础研究计划（202103021223153）、山西省基础研究计划（202103021224163）、国家重要特色物种谷子育种联合攻关项目（gzlg-01-03）、山西农业大学科技创新提升工程（CXGC202440）的资助。

论文链接：

《谷子SiCIPK21的克隆及功能分析》

引用本文：

杜艳伟, 阎晓光, 赵晋锋, 贾苏卿, 王高鸿, 余爱丽, 张鹏. 谷子SiCIPK21的克隆及功能分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4416-4430.

DU YanWei, YAN XiaoGuang, ZHAO JinFeng, JIA SuQing, WANG GaoHong, YU AiLi, ZHANG Peng. Cloning and Functional Verification of SiCIPK21 Gene in Foxtail Millet[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(22): 4416-4430.