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钙调蛋白(Calmodulin,CaM)是广泛存在于真核生物中的非常重要的一类钙离子结合蛋白,是Ca2+最重要的受体。CaM在真核生物中高度保守,在部分动物物种中的进化关系已有报道,但是对其在植物中的进化关系还不明确。此外,CaM在植物的生长发育和抗逆抗病过程中起重要的调控作用。但是它在包括番茄在内的许多重要作物中的抗病调控功能及其机制还不明确。本论文主要围绕CaM在植物中的进化关系及其在番茄中的抗病调控作用展开研究,揭示了植物中普遍存在的多个CaM基因编码同一CaM蛋白的现象,解析了CaM在植物中的进化关系,明确了CaM对番茄抗病性的重要调控功能及部分机理。获得主要结果如下：(1)利用生物信息学方法在基因组水平鉴定获得了来自5个遗传谱系(双子叶植物,单子叶植物,蕨类植物,苔藓类植物及藻类植物)的37个植物物种的150条CaM序列,明确了CaM在植物中的进化关系。对150条CaM基因及其翻译成的蛋白序列的比较分析显示,植物中150条CaM基因仅编码了44个CaM蛋白,来自同一物种甚至多个不同科的多个CaM基因编码同一CaM蛋白。该现象在植物中普遍存在。44个CaM蛋白均为包含4个EF-hand基序的长度为149个氨基酸的蛋白。其中13个CaM蛋白在Ca2+结合位点发生氨基酸替换。其中,藻类植物Ostreococcus lucimarinus的Pro33-OlCaM1苔藓植物Physcomitrella patens的Pro34、蕨类植物S. moellendorffii的Pro27-SmCaM2、本氏烟Pro5-NbCaM7、番木瓜(Carica papaya) Pro6-CpCaM12以及野草莓(Fragaria vesca) Pro43-FvCaM2发生非相似氨基酸替换。这6个蛋白的Ca2+结合活性有待生物学实验验证。构建的CaM蛋白系统进化树显示,CaM蛋白序列聚成三个组(Group Ⅰ-Ⅲ)。 Group Ⅰ仅包含高等植物CaM, Group Ⅱ仅包含低等苔藓类和蕨类植物CaM,而Group Ⅲ包括来自低等藻类和苔藓植物CaM以及高等陆生双子叶植物的CaM。基因结构分析结果表明,Group Ⅰ和Group Ⅱ中所有植物CaM基因均含1个内含子,Group Ⅲa CaM基因不含内含子,而Group Ⅲb CaM基因含3个相位谱为1-0-0的内含子。因此,Group Ⅲb CaM可能是最新进化出的一类新型CaM。此外,Group Illb CaM蛋白第60位甘氨酸(G)由谷氨酰胺(Q)替代,是否影响其功能有待分析。(2)明确了番茄等植物CaM基因的抗病调控功能。分析了来自2个不同科的碧桃和本氏烟不同类型CaM基因对各类植物病原物的响应表达情况。结果表明,碧桃CaM基因对桃缩叶病菌(Taphrina deformans)、本氏烟CaM和CML基因对3类病原菌水稻白叶枯病菌Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo),番茄叶斑病菌Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000(Pst DC3000)以及作物菌核病菌Sclerotinia sclerotiorum呈现不同的响应表达模式,可能行使不同调控功能。SlCaM3和SICaM5基因的VIGS沉默导致烟草脆裂病毒(TRV)的大量积累,并表现严重的病毒症状；显著减弱植物对核盘菌的抗性；SlCaM3、 SlCaM4和SlCaM5基因的沉默降低了番茄植株对瓜果腐霉(Pyhium aphanidermatum)的抗性；而SlCaM3和SICML的瞬时表达增强了本氏烟对核盘菌的抗性。这些结果表明,SlCaM3和SlCaM5在植株对TRV病毒、核盘菌和瓜果腐霉的抗性中起正调控作用,SlCaM4在植株对瓜果腐霉的抗性中起正调控作用,而SICML在植物对核盘菌的抗性中起正调控作用。(3)初步明确了CaM基因的抗病调控机理。Real-time PCR基因表达检测结果显示,SlCaM3和SICaM5基因的沉默强烈下调PR1和PR5基因的表达。SlCaM3和SICML基因的过表达下调Ca2+通路基因CNGC17、CNGC18和CAMTA3的表达。酵母双杂交分析结果表明,SICaM能与4个SICAMTA(SICAMTA3/5/6/7)及5个SICNGC(SICNGC5/15/16/17/18)互作,而SICAMTA3和SICNGC16/17/18对番茄核盘菌等的抗病性起负调控作用。因此,SICaM可能通过与S1CAMTA禾口SICNGC等靶蛋白的直接互作并抑制这些负调控性靶蛋白的功能来提高植物的抗病性。另外,利用原核表达和亲和色谱蛋白纯化技术纯化获得了SICaM6蛋白。2.5μM浓度的SICaM6蛋白液浸润导致茄科本氏烟和十字花科油菜叶片产生严重坏死。1μM浓度的SICaM6蛋白液处理迅速诱导活性氧积累。这些结果说明,SICaM6可能通过促进活性氧积累和过敏性坏死反应来提高植物抗病性。