低温是限制许多植物地理分布和生长的环境因子,严重影响着世界上作物的产量和品质。在拟南芥中鉴定出许多低温信号转导的中间成分,目前对低温信号转导的遗传学研究取得了重要进展。另外,低温刺激之后植物细胞中Ca²⁺浓度有一个迅速升高的过程,此过程在时间和机制上与低温胁迫感应过程紧密相关。但是,目前对这些基因和低温胁迫中Ca²⁺信号之间的关系仍不清楚。为了分析Ca²⁺信号系统在低温信号转导途径中的作用,我们将水母发光蛋白基因分别转入atfry1、atlos1、atlos5、aticel、atcbl1、athos1、atcipk15、atcbl9-1,等拟南芥突变体和CBF1,CBF2,CBF3超表达拟南芥突变体中,测定冷刺激时细胞中Ca²⁺浓度的变化。结果显示athos1、atcbl9-1和CBF1超表达材料细胞中Ca²⁺浓度上升的幅度比对照高,而atfry1、atlos1、atlos5、atice1、atcbl1、atcipk15和CBF2、CBF3超表达等8种材料细胞中Ca²⁺浓度变化与对照相似。这些结果可以初步帮助我们分析Ca²⁺信号系统在低温信号转导途径中的位置和作用,并分析这些基因和Ca²⁺ signature的关系。上述结果表明,冷胁迫刺激之后atcbl9-1中Ca²⁺浓度变化明显高于野生型,我们进一步分析了atcbl9-1细胞中Ca²⁺浓度变化和冷胁迫之间的关系。正常生长条件下,atcbl9-1与野生型在表型上没有差别,4℃处理以后二者出现了明显的区别,野生型拟南芥叶片出现严重的玻璃化现象,与atcbl9-1相比,离子渗漏增加,细胞膜的完整性受到损害。对于零下低温atcbl9-1同样表现出较野生型拟南芥更强的抗性,当大部分野生型拟南芥死亡时,仍然有较多的atcbl9-1存活,atcbl9-1的存活率明显高于野生型。这些结果说明atcbl9-1对冷不敏感。细胞内Ca²⁺浓度升高可以激活一些转录因子的表达,这些转录因子调控下游许多冷胁迫相关基因的表达,最终提高植物的抗冷性。利用水母发光蛋白检测atcbl9-1中冷刺激时Ca²⁺浓度变化时发现,冷胁迫刺激条件下atcbl9-1细胞质中Ca²⁺浓度变化幅度明显高于野生型,而在液泡的胞质面两者Ca²⁺浓度变化相似。拟南芥预先用Ca²⁺整合剂EGTA和Ca²⁺通道抑制剂LaCl₃处理后,atcbl9-1中Ca²⁺浓度下降幅度大于野生型,利用细胞内钙库的抑制剂LiCl处理后,两者Ca²⁺浓度下降幅度类似,这些结果暗示,冷胁迫刺激时atcbl9-1内较高的Ca²⁺浓度可能来源于细胞外的钙库。AtCBL9序列的N末端包含有一段保守的豆蔻酰化结构域。利用报告基因GFP对AtCBL9进行亚细胞定位,显示AtCBL9蛋白定位于细胞膜上。据此推测AtCBL9可能在质膜上感知外界低温信号,并通过与其相互作用的CIPK蛋白激酶控制下游基因的表达从而调控对低温的应答。为此我们分析了一些受冷诱导基因表达的情况,atcbl9-1中CBF2的表达量比野生型中高,而CBF1和CBF3的表达量却比野生型的低。同时,冷处理条件下atcbl9-1中RD29A,KIN1和COR15A等基因的表达量高于野生型。总之,定位于质膜上的AtCBL9参与了低温信号转导过程,并且作为COR基因的负调节因子参与了基因的转录调节。