2023年10月14号，南京林业大学林木细胞工程课题组在International Journal of Biological Macromolecules上发表了题为 Genome-wide analyses of calmodulin and calmodulin-like proteins in the halophyte Nitraria sibirica reveal their involvement in response to salinity, drought and cold stress 的文章，对小果白刺CaM/CML蛋白进行了全基因组范围的鉴定和生物信息学分析，并解析了其在盐、干旱以及低温胁迫下的响应模式及抗逆功能。
本研究共鉴定了66个NsCaM/CML基因，通过与拟南芥、盐芥、毛果杨、苜蓿和水稻的CaM/CML基因一起构建系统发育树，发现可以分为8个亚家族。通过进一步与拟南芥的系统发育分析，发现小果白刺中存在3个CaM基因和63个CML基因。
图1. 小果白刺CaM/CML基因系统发育树
顺式作用元件分析显示，小果白刺CaM/CML基因启动子区（假定基因上游2Kb序列）含有大量与胁迫应激和激素响应相关的元件，表明这些基因可能广泛参与小果白刺的环境适应。
图2. 小果白刺CaM/CML启动子区顺式作用元件鉴定
进一步通过转录组分析显示，分别有17个和7个NsCML基因在100 mM和400 mM NaCl溶液处理3天后上调表达。组织特异性分析显示，这些盐响应的NsCML基因主要在根和茎中高表达。此外，qPT-PCR结果进一步验证了这些基因在盐胁迫下的转录上调。
图4. 小果白刺盐响应CML基因的组织特异性表达和qRT验证
进一步的低温和干旱处理结果显示，大多盐胁迫响应基因在4摄氏度的低温处理6小时后上调表达，而在15% PEG6000模拟干旱处理6小时后下调表达。
为了进一步解析这些盐响应NsCML基因的功能，作者克隆了4个基因，并构建了瞬时表达载体，通过转化洋葱表皮细胞观察荧光信号，结果显示这4个NsCML蛋白均定位于细胞核和细胞膜。
最后，为了验证这些盐响应NsCML基因的功能，作者选择并克隆了2个基因，构建过表达载体35S:NsCML-GUS，通过农杆菌介导的瞬时转化侵染杨树幼苗，获得转基因植株。通过盐胁迫处理和DAB染色，显示相比于空载对照，NsCML过表达能够减少过氧化氢在转基因杨树根中的积累。
图8. 小果白刺2个NsCML基因在杨树中的瞬间过表达表型
该研究成果由南京林业大学林木细胞工程课题组完成，硕士生武鑫茹为该论文的第一作者，青年教师鲁路博士为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金（31770715）和江苏省高校优势学科建设工程（PAPD）的联合资助。
编辑：郝兆东
Reference:
Xinru Wu, Junjie Zhu, Liming Zhu, Yao Tang, Zhaodong Hao, Jingbo Zhang, Jisen Shi, Tielong Cheng, Lu Lu. Genome-wide analyses of calmodulin and calmodulin-like proteins in the halophyte Nitraria sibirica reveal their involvement in response to salinity, drought and cold stress. International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 253: 127442. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.127442
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