钙是信号转导途径中一个重要的第二信使,细胞通过各种钙感受器蛋白解码钙信号,激活下游的基因表达和生理反应。其中,类钙调磷酸酶B亚基蛋白(calcineurin B-like protein, CBL)是一类典型的钙感受器,与其靶蛋白CIPK( CBL-interacting protein kinase)蛋白激酶构成了独特的钙信号网络系统,在调控植物逆境应答中起重要作用。本研究利用生物信息学玉米中鉴定了43个CIPK基因,并从基因的结构、进化和表达等方面与水稻CIPK基因家族进行了比较分析。水稻和玉米CIPK基因的结构非常相似,都可以明显分为多内含子(Intron-rich)和少内含子(Intron-less)两类基因。两个基因家族编码的氨基酸序列比较保守,都含有一个丝氨酸/苏氨酸激酶结构域和一个与CBL蛋白互作所必需的NAF基序。通过比较玉米和水稻、拟南芥和杨树,发现在CIPK基因进化过程中玉米与水稻的关系非常密切,但是玉米CIPK家族复制出了许多高同源性的成员,而其中一些有可能是功能退化的假基因。基因芯片数据和半定量RT-PCR显示玉米9个CIPK基因受盐、旱、冷或热的诱导,而且与水稻中同源性最高的CIPK基因的逆境表达谱比较一致,可能具有相似或相同的功能。这些结果为植物CIPK基因家族以及C BL-CIPK信号网络的研究提供了一些理论基础。锌指蛋白(zinc finger protein)在基因表达调控、生长发育和逆境应答等生命过程中具有重要作用。水稻ZFP252基因编码一个C2H2型锌指蛋白,是一个耐逆相关的转录因子,过量表达ZFP252显著提高了转基因水稻的耐盐和耐旱性。为了研究ZFP252基因的功能及其分子机制,我们利用基因芯片分析了过量表达ZFP252转基因水稻的转录组水平,与野生型比较发现了187个差异表达基因,这些基因几乎涉及各个生物学过程。其中,一个编码E3泛素连接酶OsRING-1的上调基因和三个分别编码具有E3泛素连接酶活性的TRAF类蛋白、转录因子Homeodomain以及囊泡相关的膜蛋白VAMP724的下调基因在多个转基因株系中表达高度一致,而且ZFP252和OsRING-1受盐和干旱的诱导,其它三个下调基因受盐胁迫的抑制,表明这4个基因与ZFP252密切相关,在逆境应答中可能受ZFP252调控,并对ZFP252抗逆机制作如下推测：在盐和干旱胁迫诱导下,ZFP252通过上调OsRING-1或下调TRAF的表达,激活抗逆相关的泛素代谢途径,从而提高植株的耐逆性；同时,抑制VAMP表达,阻止囊泡与液泡融合,减少囊泡将H2O2输入液泡,从而提高了液泡对Na+的吸收,减少细胞的离子毒害,提高了植物的耐盐性；此外,ZFP252也可能通过抑制Homeodomain的表达来激活其下游的抗逆代谢途径。由于ZFP252调控一个E3泛素连接酶,它可能参与蛋白降解的泛素化途径。因此,我们利用蛋白质双向电泳技术(two-dimensional gel electrophoresis,2-DE)对过量表达ZFP252转基因水稻的蛋白组进行了分析,与野生型比较发现了33个差异蛋白点,并用4ALDI-TOF/TOF质谱成功鉴定出了20种不同的蛋白。在转基因中这些蛋白的mRNA水平变化很小,表明蛋白水平的差异可能是主要转录后调控或蛋白代谢的结果。在20个鉴定的蛋白中,除了翻译启始因子5A、细胞壁蛋白——类富含羟脯氨酸糖蛋白和2个活性氧代谢酶(谷胱甘肽S-转移酶GSTF14和NADPH醌氧化还原酶1)是上调外,其余都是下调蛋白,它们是一些糖、脂、氨基酸等代谢途径中的关键酶或与光合作用有关的蛋白。在逆境下降低自身的代谢水平往往是植物一种自我保护的机制。因此,我们进一步推测：ZFP252可能调控泛素化途径降解一些基础代谢途径中的蛋白或酶,下调细胞的代谢水平,增强自我保守能力；同时,ZFP252可能参与转录后调控(上调翻译启始因子5A),增加解毒酶和细胞壁蛋白的合成,清除由逆境诱导产生的活性氧和加固细胞壁,从而提高植物的耐逆性。