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。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#）。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
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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。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.
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《中国农业科学》是中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会共同主办的以农业为核心的多学科综合性学术期刊。是中文核心、科技核心、CSCD Q1区期刊，是科协支持的卓越期刊。在多家第三方评价系统中，评价总分多年保持在农业综合类期刊中的首位。现为半月刊，设有“作物遗传育种•种质资源•分子遗传学；耕作栽培•生理生化•农业信息技术；植物保护；土壤肥料•节水灌溉•农业生态环境；园艺；食品科学与工程；畜牧•兽医”等栏目。欢迎投稿：http://www.chinaagrisci.com
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