近日，西北农林科技大学王存教授课题组在Nature Communications发表了题为“ The CBL1/9-CIPK1 calcium sensor negatively regulates drought stress by hosphorylating the PYLs ABA receptor ”的研究论文，揭示了CBL1/9-CIPK1-PYLs功能模块负反馈调控植物抗旱性的重要机制。

首先，作者使用了两个独立的T-DNA系cipk1-2  (N822018)和cipk1-3 (GK230-D11)进行研究。研究发现CIPK1的表达模式与CBL1/938相似（图1a）。与野生型相比，两个cipk1突变体在土壤干旱处理后期表现出更好的生长性能，这表明CIPK1功能缺陷具有更强的抗旱能力（图1b），同时，cipk1-2 和 cipk1-3 表现出较慢的水分流失（图1c）。cipk1-2 和 cipk1-3 气孔的关闭速度比野生型快（图1d, e）。cipk1-2 和 cipk1-3 突变体比野生型表现出更高的叶片温度（图1f），这些实验结果均表明 cipk1 突变体比野生型具有更低的水分蒸腾水平。

其次，为了验证在ABA是否诱导CIPK1参与气孔关闭的功能，在ProGC1下产生了CIPK1的组成活性（CA）变体，发现表达CIPK1CA的转基因植物在土壤干燥后的保水能力较低（图1g）。再通过离体叶片水分流失实验，观察到CIPK1CA植株与野生型相比具有更高的水分耗散率（图1h）。与野生型相比，ABA诱导的气孔关闭在CIPK1CA植物中受到损害（图i、j）。CIPK1CA株系的温度低于野生型，该研究表明CIPK1CA植物比野生型蒸发量更多（图1k）。这些发现表明CIPK1负调控干旱条件下ABA的反应。

图1. cbl1/9、cipk1 突变体和 CIPK1 过表达系的表型

进而，作者为了验证CIPK1是否直接与ABA受体相互作用，通过分子荧光互补实验，将CIPK1与14个PYR1/PYLs组合。在PYR1/PYL1-6中检测到YFP荧光（图2a），该研究结果表明，CIPK1和PYL之间的相互作用发生在细胞质、细胞核和细胞膜上（图2b）。此外，通过将ABA受体与cLUC结合建立融合蛋白，在烟叶中可见重组LUC的荧光活性（图2c），ABA受体被融合到GST标签上产生融合蛋白，该结果显示CIPK1仅与PYR1/PYL1-PYL6相互作用（图2d）。为了研究CIPK1在体内是否与ABA受体发生相互作用，PYL1-GFP或PYL4-GFP被CIPK1-FLAG免疫沉淀（图2e）。这些体内和体外实验表明CIPK1与ABA受体相互作用。

图2. CIPK1与PYR1/PYL1-6互作验证

在正常情况下，CIPK1通过磷酸化PYL4的Ser129位点来抑制ABA反应的激活，从而使ABA受体失活，阻止其抑制ABI1/PP2C的磷酸酶活性。这导致下游ABA信号的缺乏。然而，在干旱胁迫条件下，ABA抑制CBL1/9-CIPK1介导的PYR1/PYL1-6磷酸化，活性ABA受体与ABI1/PP2C相互作用抑制其磷酸酶活性，导致下游ABA信号通路激活。这种反应使得植物能够增强其抗逆性（图3）。总而言之，该模型说明了CIPK1如何磷酸化ABA受体负调控作为植物干旱胁迫反应。

图3. CBL1/9-CIPK1-PYLs模块调控植物干旱胁迫响应的工作模型

总而言之，该研究解释了当植物暴露于干旱胁迫或ABA处理时，ABA通过直接阻断CIPK1和PYL之间的相互作用来抑制PYL的磷酸化，确保植物在恶劣条件下的生存。因此，CBL1/9-CIPK1复合体是通过整合Ca²⁺和ABA信号通路的应激反应的关键介质。这些发现提供了调节植物对干旱胁迫反应的复杂信号的思路，而且有助于制定提高作物对缺水的适应能力的策略。

西北农林科技大学生命科学学院张振乾副教授为该论文第一作者，王存教授为通讯作者，此项研究得到了国家自然科学基金委等项目的资助。