随着全球气候环境的变化,干旱已成为限制植物生长发育的关键非生物胁迫因素,其严重影响植物的生产力和作物产量。为了适应环境变化,植物演变出许多抵御干旱胁迫的应答机制,其中植物叶片中构成气孔的保卫细胞,可以通过其体积变化影响气孔开度,进而影响植物与外界进行气体和水分交换,影响植物抵御干旱胁迫的能力。保卫细胞体积受到光照、温度、病原菌和多种植物激素的调节,在干旱胁迫下,保卫细胞中植物激素脱落酸(ABA)的含量会升高,从而导致保卫细胞体积被抑制,植物抗旱能力显著增强。ABA信号介导的干旱胁迫过程有众多功能基因的参与,挖掘参与ABA信号转导调控的功能基因有助于为植物抗旱性改良提供重要的理论意义。为了适应不同地理环境,拟南芥演变出许多不同的生态型,其中Columbia(Col)和Landsberg erecta(Ler)广泛的被用于植物生理和分子遗传研究中。然而Col-0与Ler-0是否差异调控植物干旱胁迫,二者调控干旱胁迫的具体机制是否存在差异,这些问题还未见报道,需进一步的探索研究。富含半胱氨酸的类受体激酶(Cysteine-rich receptor-like kinase,CRKs)广泛参与各种非生物胁迫,本论文以拟南芥生态型Col-0与Ler-0为实验材料,探究CRKs家族成员CRK4在Col-0和Ler-0差异调控ABA介导的干旱胁迫反应中发挥的具体功能以及作用机制。本论文首先对Col-0与Ler-0的气孔运动和干旱表型进行了鉴定,发现Col-0与Ler-0差异调控ABA介导的气孔运动和干旱胁迫反应,相较于Col-0,Ler-0对ABA的敏感度降低,同时植株的抗旱能力也明显减弱。随后又对Col-0与Ler-0杂交株系的F1代和F2代群体进行相关表型鉴定,发现F1代群体表现出同Col-0相似的ABA敏感性和抗旱能力,而F2代群体植株气孔运动对ABA过敏感与ABA弱敏感的分离比也符合3:1,由此可得出Col-0与Ler-0差异调控ABA诱导的气孔运动是由隐性单基因控制的。对Col-0与Ler-0的基因组进行分析比对,发现CRK家族marker of protective immunity成员CRK4和CRK14在Ler-0中部分或完全缺失,且这两个基因很可能参与调控ABA介导的干旱胁迫响应。随后对Col-0背景的crk4突变体和crk14突变体进行相关表型鉴定,结果显示CRK4功能缺失后表现出同Ler-0相似的ABA敏感性和干旱PUN30119试剂表型,而CRK14功能缺失则表现出同Ler-0相反的ABA敏感性和干旱表型,这表明CRK4很可能在Col-0与Ler-0差异调控ABA介导的干旱胁迫反应中发挥作用。将CRK4过表达载体农杆菌转化Ler-0,获得CRK40E-Ler株系,并对CRK4OE-Ler株系进行相关表型鉴定,结果显示CRK4OE-Ler可以部分恢复Ler-0对ABA弱敏感和抗旱能力降低的表型至Col-0水平。为了进一步证明CRK4可以作为关键基因,参与Col-0与Ler-0差异调控气孔运动selleck HPLC和干旱胁迫反应,我们又对Ler-0与crk4-1突变体的杂交株系Ler-0crk4-1进行了相关表型鉴定,结果显示在ABA敏感度和整体植株的抗旱能力上,Ler-0crk4-1株系都与Ler-0保持相似。这些实验数据都表明CRK4在Col-0与Ler-0差异调控ABA介导的干旱胁迫反应中发挥重要作用。为了探寻CRK4参与Col-0与Ler-0干旱差异的调控机制,我们利用酵母文库筛选到了 CRK4的互作蛋白U-box E3泛素连接酶(U-box E3 ligases,PUB13),并通过Pull down和CoIP实验验证了二者间的相互作用。随后,相关生化实验显示Col-0中的PUB13蛋白丰度显著性高于crk4突变体,而且CRK4功能缺失会降低PUB13的蛋白稳定性,CRK4可以参与PUB13的翻译后调控。同时气孔运动和干旱表型实验也显示pub13突变体与crk4-1突变体的杂交株系pub13crk4-1的ABA敏感度和抗旱能力更为接近pub13突变体,CRK4位于PUB13的遗传学上游发挥其功能。此外,相关生化实验显示Ler-0,crk4-1突变体,pub13突变体以及pub13crk4-1株系中ABA-insensitive 1(ABI1)的蛋白丰度显著性高于Col-0,CRK4可以通过识别植物细胞中的PUB13来调控ABI1的蛋白水平。综合以上实验结果,本研究发现了 CRK4在Col-0和Ler-0差异调控气孔运动和干旱胁迫反应中发挥的重要作用,并阐明了 CRK4通过与PUB13相互作用影响其蛋白稳定性,从而调控ABI1蛋白水平,进而调控气孔运动和干旱胁迫反应的分子机理。