干旱、高盐、低温等不利环境因素严重影响植物的正常生长发育。为应对这些不利环境因素,植物在长期的进化过程中形成了一系列响应机制,其中钙离子作为第二信使,在植物响应非生物逆境胁迫的信号传导过程中发挥重要作用。钙调磷酸酶-B类似蛋白(Calcineurin B-like protein, CBL)是植物特有钙离子识别受体蛋白,通过与其互作的激酶蛋白(CBL-interacting protein kinase, CIPK)作用激活后者,进而磷酸化修饰下游靶分子,启动下游一系列响应机制。在模式植物拟南芥中,有关CIPK在响应非生物逆境胁迫中功能的研究报道较多。然而,在重要的粮食作物小麦中,关于CIPK基因的鉴定工作进展缓慢,功能分析也少有报道。小麦具有异源六倍体基因组,其基因组相对于二倍体植物更加庞大、复杂。虽然目前小麦基因组测序工作取得了重大进展,但是还不能提供完整的小麦基因组序列和物理图谱。本研究采用了多种分析方法,对小麦CIPK全基因家族进行了鉴定,共发现79个TaCIPK基因,归属为29个基因簇,并最终从这些基因簇中克隆到20个代表性的基因。在此基础上,我们系统分析了CIPK基因的组织特异性、逆境响应表达谱；研究了TaCIPK与TaCBL的相互作用关系；分析了TaCIPK24在转基因拟南芥中对高盐胁迫响应中的作用；利用基因枪法获得过表达TaCIPK10和TaCIPK10-RNAi的转基因小麦植株；并利用生物信息学方法对小麦CIPK在种子萌发和成熟花粉中的功能进行预测。主要研究结果如下：1)利用生物信息学方法在小麦基因组中成功鉴定了79个TaCIPK基因,将其分为29个基因簇,每个基因簇中的基因为异源基因组染色体上的等位基因,序列高度相似。基因结构分析结果显示,42个TaCIPK基因可以鉴定到完整的结构信息,其中23个基因不含内含子结构,3个基因含有一个内含子,其余16个基因含有5-14个内含子。通过比较乌拉尔图小麦、粗山羊草与小麦相对应的亚基因组CIPK基因序列,结果发现在相应的CIPK基因序列区域间存在高度相似性,但也有一定的差异,现阶段的小麦基因组数据还不能确定CIPK基因家族在六倍体化过程中是否发生了基因丢失或复制现象。根据EST拼接结果和基因组中CIPK的序列,设计特异引物,从小麦中共克隆出20个TaCIPK基因。2)利用半定量RT-PCR技术分析了17个TaCIPK基因在10种小麦组织中的表达情况;鉴定了23个TaCIPK基因对应的探针,并利用R语言从公布的小麦基因芯片数据中分析这23个TaCIPK基因在7种组织中的表达情况。结果显示,TaCIPK家族基因在各个组织或时期中的表达量有所不同,反映了它们可能广泛参与了小麦的生长发育过程。利用基因芯片数据进一步分析了23个TaCIPK基因在种子萌发过程的基因表达模式,发现8个TaCIPK基因在种子萌发过程表达量有显著变化,进一步利用半定量RT-PCR技术对这一结果进行了确证。在花粉发育过程中,不同TaCIPK基因的表达模式也存在较大差异,其中6个TaCIPK基因只在成熟花粉中有高量表达,暗示它们可能在花粉萌发或者花粉管伸长过程中发挥功能。利用半定量RT-PCR技术分析了17个TaCIPK基因在ABA, GA, MeJA, ACC,低温,PEG, H2O2, NaCl和高温处理后小麦根和叶中的表达模式,并随机选取5个基因(TaCIPK7,TaCIPK15, TaCIPK24, TaCIPK31和TaCIPK32),利用实时荧光定量RT-PCR法分析了它们响应ABA, PEG,低温,H2O2和NaCl处理的表达模式。结果表明,不同的TaCIPK基因可以不同程度地对激素信号和非生物逆境胁迫进行响应。3)利用酵母双杂交方法分析鉴定了7个TaCBL与20个TaCIPK蛋白相互作用模式,从中随机选择了7个组合利用双分子荧光互补法在烟草表皮细胞中进行验证。将TaCIPK1蛋白C-端序列进行系列删除(保留NAF结构域),结果显示,删除突变体与TaCBL的结合模式发生变化,说明TaCIPK蛋白C-端除NAF模体外的序列也对与TaCBL的结合发挥作用。我们认为这些侧翼序列主要是通过改变C-端空间构象影响与TaCBL的结合,并提出了CBL-CIPK结合的“凹凸”模型。根据此模型推断,小麦亚基因组上TaCIPK等位基因在C-端的序列的变异可能导致与TaCBL的结合的改变,并利用TaCIPK17-A和TaCIPK-17B1分别与TaCBL的相互作用验证了这一推论。这些结果说明小麦CBL-CIPK调控网络的复杂性,为CBL与CIPK的结合机制研究提供了参考。4)发现在拟南芥中过表达TaCIPK24可以增强拟南芥转基因植株对高盐胁迫的耐受能力。测量了盐处理后拟南芥植株中Na+和K+含量,结果显示,K+含量在转基因和对照组中没有明显差异,而转基因植株明显比对照积累更少的Na+。TaCIPK24可能是通过激活拟南芥的SOS途径,促进排出更多的Na+从而减少过量Na+对拟南芥植株造成的损害。我们发现与对照相比,TaCIPK24过表达的转基因拟南芥可以积累更少的活性氧物质。进一步测定过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶的酶活力的结果显示,转基因植株可能还激活了过氧化物清除系统,从而降低高盐胁迫造成的氧化损伤。5)利用加权共表达网络分析法,构建了小麦种子萌发和花粉发育过程中TaCIPK基因相关的共表达网络。基因功能富集分析结果显示,8个TaCIPK基因在种子萌发时期参与到了碳水化合物代谢、脂类代谢和核小体组装等过程；6个在成熟花粉中特异性高量表达的TaCIPK基因参与到了应激反应、糖代谢、氮代谢、电子传递和离子转运过程。6)组织表达分析发现,TaCIPK10基因在叶片中的表达量明显高于其它组织,使用皮尔森相关系数法筛选到的65个基因与TaCIPK10表现出相同的表达模式；没有发现除TaCIPK10基因外的其它TaCIPK基因与TaCIPK10有相似表达模式,且其它CIPK基因存在功能互补的可能性较小,暗示着TaCIPK10可能发挥着比较特殊的功能。此外我们发现TaCIPK10可以被多种激素和非生物逆境胁迫诱导表达。为研究TaCIPK10的功能,我们构建了TaCIPK10过表达和TaCIPK10-RNAi载体,利用基因枪法转化中国春小麦,获得了8个TaCIPK10过表达转基因小麦株系和9个TaCIPK10-RNAi转基因小麦株系,为后续功能研究工作奠定了基础。