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钙信号是植物生长发育和响应环境变化过程中的核心传感器和调节器。而我们对钙信号传导潜在机制的理解以及对其参与细胞众多进程的认识,很大程度上依赖于钙指示剂的发展。因此,高空间分辨率和时间分辨率的钙指示剂对于监测钙动态变化具有非常重要的意义。在本研究中,我们以植物钙信号研究中最新的超灵敏钙指示剂GCaMP6S为基础,将其进一步优化。通过将GCaMP6S与不同信号肽融合,同时利用能够在后代中能够稳定高效表达且不容易出现基因沉默现象的UBIQUITIN10(UBQ10)作为启动子驱动表达,我们构建了一系列能够进行亚细胞定位的原生质体瞬时表达载体以及能够在模式植物拟南芥中稳定表达的植物表达载体。借助引入钙离子(Ca2+)非敏感性蛋白的dTomato作为定量蛋白,我们开发出了能够进行钙离子定量成像的荧光比率型指示剂GCaMP6S-dTomato。为了能够在植株水平或组织器官水平研究钙信号相关事件,我们获得了一系列超灵敏钙指示剂的转基因植物。前人的研究表明,硝酸盐能够诱导拟南芥胞质中钙离子浓度快速升高,因此利用该已知信号,我们证明了融合了红色荧光蛋白的比率型指示剂GCaMP6S-dTomato具有与GCaMP6S相当的钙离子快速动力学与灵敏度,既能够对单个植物细胞进行钙离子成像也能够在整体或组织水平研究钙信号,更重要的是GCaMP6S-dTomato还能够对细胞钙离子进行定量测定,表明了该优化过的钙指示剂具有研究植物钙信号的巨大潜力。同时,在本研究中我们将该转基因植物应用于钙离子与脱落酸(Abscisicacid,ABA)交互信号的研究中,我们在拟南芥保卫细胞中观察到了与前人研究相似的钙变化模式。先前研究表明ABA能引起拟南芥保卫细胞中的钙振荡现象,借助优化过的GCaMP6S超灵敏钙指示剂,我们发现ABA不仅引起拟南芥保卫细胞钙振荡现象,在叶表皮细胞和叶肉细胞中同样能够引起类似的钙振荡现象,而根细胞中我们观察到的是钙离子迅速短暂性的升高然后下降的现象。这些现象的发现将有助于进一步揭示钙信号与ABA信号深层次的联系。本研究开发了一系列基于GCaMP6S的定量与定性的瞬时表达载体以及在植物体内行之有效的植物表达载体,并获得了该指示剂的转基因拟南芥,日后这将对植物中钙信号研究提供很好的辅助工具,也为生命科学更多的研究奠定了基础。