高粱CIPK家族基因的全基因组鉴定及非生物胁迫下的表达特征

钙调磷酸酶B样蛋白互作蛋白激酶(CIPK)是一种重要的Ca^(2+)信号传感器,在植物应答逆境非生物胁迫过程中发挥着重要作用。为了探究高粱中CIPK家族基因的功能,本研究从高粱基因组中鉴定了31个SbCIPK基因,这些基因不均匀地分布在高粱的9条染色体上,编码蛋白质的氨基酸数量为403~519个,等电点为6.07~9.38,相对分子质量为46 357.31~58 316.97。基因结构分析结果表明,SbCIPK家族基因分为内含子缺失型和内含子富集型2类。进化树分析结果表明,SbCIPK家族蛋白质成员分为8个亚族。基于转录组数据的表达模式分析结果表明,SbCIPK基因广泛参与对盐胁迫、干旱胁迫等非生物胁迫的响应。本研究结果可以为高粱CIPK家族基因的功能研究奠定基础。

大麦CIPK基因家族鉴定及表达分析

钙调神经磷酸酶B样相互作用蛋白激酶(CIPK)蛋白家族是由Ca^(2+)介导的植物信号通路中的关键蛋白家族,在植物抗逆和生长发育中发挥着关键作用。本文利用生物信息学方法和转录组数据分析法,进行了大麦CIPK基因家族鉴定及表达分析。结果表明,从大麦基因组数据库中鉴定出31个大麦CIPK基因家族成员,命名为HvCIPK1~HvCIPK31,这些成员分为5个亚族。HvCIPKs基因家族成员具有CIPKs典型的N端激酶结构域和C端NAF调节结构域;蛋白质分子量为40302.27~89926.43 kD,为亲水性蛋白;启动子总共包含11种与非生物胁迫、激素调控以及生长发育相关的顺式作用元件;HvCIPKs与Na^(+)和K^(+)转运体、ABA信号通路关键蛋白(SOS1、AKT1和ABL2)存在相互作用关系;HvCIPK1、HvCIPK2、HvCIPK6、HvCIPK9、HvCIPK11与响应盐碱胁迫相关。该研究可为进一步探索大麦HvCIPKs基因家族功能及调控机制提供理论依据。

草地早熟禾蛋白激酶CIPK24基因克隆及非生物胁迫响应分析

CIPK蛋白家族是Ca^(2+)介导的植物信号通路中关键蛋白家族,当植物受到逆境胁迫时,CBL-CIPK网络可调节离子运输进而适应逆境环境,其中CIPK24作用显著。为探究禾本科草坪草CIPK家族基因的作用,本研究以草地早熟禾(Poa pratensis L.)为试验材料,采用RT-PCR技术对草地早熟禾CIPK24基因进行克隆,并应用生物信息学及qRT-PCR技术,对非生物胁迫条件下该基因的表达方式及组织特异性进行研究。研究结果显示,草地早熟禾CIPK24包含典型的结构域CIPK_C,其属于AMPKA_Clike superfamily,与黑麦草(Lolium perenne L.),大麦(Hordeum vulgare L.),二粒小麦(Triticum turgidum L.)CIPK24同源性高达94.20%,90.62%,88.62%。草地早熟禾CIPK24基因的表达水平存在组织特异性,叶>茎>根。CIPK24基因积极响应干旱、氮素、磷素、盐胁迫,其中,无氮、低氮、无磷、高盐环境显著促进其表达。本研究为丰富草地早熟禾CIPK家族在非生物胁迫下的调节机制提供了理论基础。

草地早熟禾蛋白激酶CIPK32基因克隆及非生物胁迫响应分析

为深入研究CIPK基因家族在应对非生物胁迫应答等过程中的分子机制,探究非生物胁迫下草地早熟禾CIPK32基因的作用。以草地早熟禾午夜Ⅱ号为试验材料,应用RT-PCR技术克隆CIPK32基因,分析该基因在不同组织部位及不同非生物胁迫条件下的表达规律。并通过NCBI-CDD、SWISS-MODEL等在线软件对编码氨基酸序列进行蛋白结构、同源比对等生物信息学分析。结果表明:草地早熟禾CIPK32基因序列ORF为1320 bp,共编码439个氨基酸。预测CIPK32蛋白相对分子质量为50.28 ku,等电点6.82,蛋白质分子式为C_(2249)H_(3574)N_(608)O_(665)S_(16),属于不稳定亲水性蛋白。草地早熟禾CIPK32含有典型STKc_SnRK3和CIPK_C结构域,与山羊草(XP_020198391.1)、黑麦草(XP_047091407.1)、大麦(XP_044980943.1)编码氨基酸同源性较高,并含有酰胺化位置、N-糖基化位点、N-肉豆蔻酰化位点等多个结合位点。草地早熟禾CIPK32基因的表达水平呈现组织特异性,叶部>茎部>根部。干旱胁迫下该基因呈现先上调后下降的趋势,10%PEG6000处理16 h为最高值,是0 h的6.2倍;随着NaCl浓度的升高显著促进该基因的表达,200 mmol/L NaCl是0 mmol/L NaCl的6.9倍;低浓度NaNO 3及低浓度KH 2PO 4(0.1 mmol/L KH 2PO 4)环境均可促进CIPK32基因的表达。综上所述,草地早熟禾CIPK32基因具有组织特异性,干旱、盐、氮素和磷素胁迫均能诱导CIPK32基因的表达。CIPK基因家族在非生物胁迫中具有潜在的作用。

A Brachypodium distachyon calcineurin B-like protein-interacting protein kinase,BdCIPK26,enhances plant adaption to drought and high salinity stress

As sessile organisms,plants possess a complex system to cope with environmental changes.Ca^(2+)functions as a vital second messenger in the stress signaling of plants,and the CBL-interacting protein kinases(CIPKs)serve as essential elements in the plant Ca^(2+)signaling pathway.In this study,calcineurin B-like protein-interacting protein kinase 26(BdCIPK26)from Brachypodium distachyon was characterized.Overexpression of BdCIPK26 enhanced tolerance to drought and salt stress of transgenic plants.Further investigations revealed that BdCIPK26 participated in abscisic acid(ABA)signaling,conferred hypersensitivity to exogenous ABA in transgenic plants,and promoted endogenous ABA biosynthesis.Moreover,BdCIPK26 was found to maintain ROS homeostasis in plants under stress conditions.Therefore,this study indicates that BdCIPK26 functions as a positive regulator in drought and salt stress response.

甘蔗CIPK基因的同源克隆与表达

CIPK （calcineurin B-like-interacting protein kinase）是植物特有一类的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫中发挥着重要的作用,尤其与非生物逆境胁迫（干旱、高盐、ABA等）的信号传导密切相关。根据玉米CIPK15基因（EU957447.1,2247 bp）核酸序列保守区域设计1对同源克隆PCR引物,以甘蔗品种崖城05-179的cDNA为模板,通过RT-PCR扩增得到甘蔗CIPK基因的一条全长cDNA序列（GenBank登录号为 KM114052）。序列分析结果表明,甘蔗ScCIPK基因全长1782 bp,具有完整的开放阅读框（ORF,91~1631 bp）,编码513个氨基酸,该基因具有CIPK基因的2个特征结构域（Kc-like superfamily和AMPKA-C-like superfamily）。生物信息学分析显示该基因编码的蛋白定位于内质网,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为α-螺旋,含有多个保守功能域,主要参与中间代谢。实时定量PCR表达分析表明,该基因表达具有组织特异性,虽在甘蔗各组织中均有表达,但在芽中的表达量最高。该基因在PEG、NaCl、ABA、SA和MeJA的胁迫诱导过程中,受ABA胁迫后表达量最高,约为对照的5.3倍,推测该基因的表达与甘蔗抗干旱和抗渗透胁迫有关。

玉米中3个CIPK同源基因在干旱和低温胁迫下的表达分析

应用生物信息学分析,筛选获得了玉米中的3个CIPK基因同源序列(登录号分别为AY104819,EU974290和EU968441),它们编码的氨基酸序列都具有CIPK家族典型的功能结构域,推测属于CIPK家族成员。根据同源性,分别将它们暂命名为ZmCIPK1、ZmCIPK17和ZmCIPK18。RT-PCR分析结果表明,在干旱和低温胁迫下,这3个基因的表达模式都发生改变。在干旱胁迫条件下,ZmCIPK1在根中表达量明显改变,而低温胁迫下变化不大。ZmCIPK17和ZmCIPK18在2种胁迫下都被强烈诱导,但在不同胁迫下表达模式存在差异,而且在叶与根中的表达模式也不尽相同,暗示了这2个基因在干旱和低温胁迫下发挥重要的调控作用,但其调控机制存在差异。

菜用大豆CIPK基因对逆境胁迫及激素的响应特征

CIPK(calcineurin B-like-interacting protein kinase)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在植物响应逆境胁迫和激素信号转导中发挥重要作用。本研究利用大豆基因组数据库,在全基因组水平鉴定获得52个CIPK蛋白激酶。蛋白比对分析发现所有Gm CIPK含有高度保守特征性的N端激酶区、连接区和C端调控区。系统进化树分析发现大豆Gm CIPK与拟南芥、水稻CIPK分类一致,分为4个亚家族,且每个亚家族含有3个不同物种的成员,表明Gm CIPK基因的分化早于物种的分化。启动子分析表明,多数Gm CIPK基因的启动子区含有逆境和激素应答元件。组织表达分析发现,Gm CIPK基因呈现多样化的组织表达特性。进一步选取组织表达量相对较高的14个Gm CIPK进行荧光定量PCR分析,结果表明这些菜用大豆CIPK基因在不同程度上均受高温、干旱、高盐胁迫以及ABA、ACC、SA、Me JA激素的诱导表达。采用蛋白同源比对和蛋白互作在线数据库对拟南芥及大豆同源CIPK蛋白激酶与其他蛋白的互作关系进行了预测分析,发现17对同源CIPK与其他蛋白(激酶、磷酸酶、转录因子等)存在互作。本研究为菜用大豆CIPK基因的功能研究与利用奠定了基础。

生物与非生物胁迫下水稻CIPK基因的鉴定分析

类钙调磷酸酶B亚基蛋白(calcineurin B-like proteins,CBL)是植物细胞中重要的Ca2+传感器,必须与蛋白激酶CIPK(CBL-interacting protein kinases)特异性互作才能发挥生物学功能。根据水稻OsCIPK(Oryza sativa CIPK)基因家族的预测序列,从粳稻日本晴(Nipponbare)中克隆了15个OsCIPK基因。基因结构分析表明15个OsCIPK可归为多内含子和少内含子两类,OsCIPK3和OsCIPK24的mRNA存在可变剪接。系统进化树分析显示水稻CIPK家族与拟南芥、杨树来源于同一个祖先。这15个OsCIPK在不同程度上受生物胁迫(白叶枯病)和非生物胁迫(Hg2+、高盐、冷和ABA)的诱导表达;其中,5个基因(OsCIPK1、OsCIPK2、OsCIPK10、OsCIPK11和OsCIPK12)在接种白叶枯病菌后表达显著上调;而4个基因(OsCIPK2、OsCIPK10、OsCIPK11和OsCIPK14)的表达受所有胁迫处理诱导,表明这些基因可能参与多种逆境信号的转导。揭示了CIPK可能在植物的生物和非生物胁迫应答中都具有重要的作用。

两个谷子CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析

CIPK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该蛋白在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。本文利用生物信息学方法从谷子基因组中鉴定出2个CIPK基因,命名为Si CIPK6和Si CIPK16。序列分析表明Si CIPK6基因组序列长1994 bp,编码451个氨基酸;Si CIPK16基因组序列长1885 bp,编码473个氨基酸,2个基因均无内含子和可变剪切。生物信息学分析显示这2个基因在蛋白质序列和结构上与其他物种CIPK基因一样非常保守。实时定量PCR分析表明Si CIPK6和Si CIPK16在ABA、低温、高温、干旱、高盐诱导下表达量均有所上调,Si CIPK6基因在ABA、干旱和盐处理时表达量上调幅度较大,而Si CIPK16基因在低温、干旱和高温处理时表达量上调幅度较大。半定量PCR检测结果表明Si CIPK6和Si CIPK16两个基因在拔节、孕穗、灌浆期时均有表达,在相应生育时期受到干旱胁迫时它们表达量均有所提高。推测Si CIPK6和Si CIPK16基因在谷子的干旱或其他逆境胁迫中起一定作用。

植物CBL/CIPK网络系统逆境应答研究进展

大多数信号转导过程都伴随着细胞内钙离子浓度变化,CBL/CIPK信号系统是近几年在高等植物中发现的一类依赖于钙离子的信号系统,包括感知钙离子浓度变化的CBL蛋白(calcineurin B-like proteins)和与之互作的CIPK蛋白(CBL-interacting protein kinase)。研究表明CBL/CIPK信号系统在植物对逆境应答过程中起重要作用。在介绍CBL和CIPK的结构和特征基础上对不同植物CBL/CIPK信号系统在逆境应答中的研究现状况进行了综述,以期为基因工程改良作物抗逆育种提供新的思路和种质资源。

玉米ZmCIPK21基因的克隆与分析

CIPK(CBL-interacting protein kinase)是近年来鉴定出的植物中特有的一类Ca2+传感器,与其互作的蛋白一起在植物特定的生长发育和应答胁迫过程中起重要作用。本研究从玉米中克隆到1个1338bp的ZmCIPK21基因,荧光定量PCR分析表明ZmCIPK21与盐、ABA、高温等逆境胁迫相关;生物信息学分析表明ZmCIPK21基因组含有14个外显子和13个内含子,蛋白结构上具有CIPK所共有的N端激酶结构域和C端NAF保守结构域。与拟南芥CIPK家族进化分析结果显示ZmCIPK21与AtCIPK21具有较高同源性。

植物CBL-CIPK信号系统研究进展

Ca2+是植物在不同发育阶段和响应多种复杂环境刺激的核心调控因子。CBL蛋白(Calcineurin B-likeproteins)和CIPK蛋白激酶(CBL-interacting protein kinases)通过相互作用解码特异的钙信号从而实现相应的生理功能。文章主要从CBL-CIPK信号系统关键组分及相互作用,解码钙信号的机制,生理功能和调节机制等方面综述相关研究进展,并对未来的研究方向进行展望。

CBL-CIPK信号系统在植物应答逆境胁迫中的作用与机制

植物在长期适应中演化形成感知、传导和应答逆境胁迫的精细调控机制.CBL-CIPK信号系统是近年来兴起、植物特有的依赖于Ca2+信号参与逆境胁迫调控的信号网络.CBLs感知逆境Ca2+信号,结合Ca2+后与蛋白激酶CIPKs特异作用,激活的CBL-CIPK复合体通过翻译后磷酸化下游靶蛋白,或调节转录因子及胁迫应答基因,实现不同细胞水平、组织部位抗逆性的调控.该系统具有特异性、多样性和复杂性,同时存在不同信号途径的交叉作用.目前响应高盐、低K+和高pHCBL-CIPK信号途径研究取得重要进展,有望通过基因工程结合分子设计育种途径快速高效提高作物抗逆性.但仍有待于鉴定出更多的CBL-CIPK信号成分,特别是鉴定特殊生境植物的信号成分,并解析其在逆境胁迫响应中的功能.

逆境条件下植物CBL-CIPK信号途径转导的分子机制

非生物逆境条件下,植物细胞中的钙离子浓度会发生变化从而导致独特的钙信号的产生,钙信号通过与各种钙离子结合蛋白作用,从而将信号继续向下游传递。CBL蛋白作为近年来刚发现的一类钙结合元件,通过与一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶-CIPK相互作用而形成了一套植物钙信号传递网络,并且在盐、干旱、低钾等非生物逆境的信号传递中起着重要作用。

非生物胁迫诱导的玉米蛋白激酶基因ZmCIPK3的cDNA克隆和表达特性

类钙调磷酸酶B亚基互作蛋白激酶(calcineurin B-like calciumsensor interactingProtein Kinase,CIPK)在植物非生物胁迫信号转导中起重要作用。应用分子克隆的方法在玉米(Zea mays)中克隆了一个cDNA全长为1 350 bp的蛋白激酶基因ZmCIPK3(GenBank登录号为EU873319)。其编码的蛋白含有449个氨基酸,分子量为50.89kD,等电点为8.26。推断的ZmCIPK3催化结构域中包含蛋白激酶催化结构域保守的11个亚结构域,蛋白C端具有植物CIPK蛋白家族特有的包含24个氨基酸的NAF结构域。半定量RT-PCR结果表明,在玉米幼苗叶片中,ZmCIPK3响应甘露醇、氯化钠、ABA和4℃低温的诱导,其转录水平在12 h内呈上升趋势。ZmCIPK3是一个新的玉米蛋白激酶基因,响应多种非生物胁迫信号。

玉米ZmCIPK42克隆及逆境胁迫后表达特异性分析

根据MaizeDGB数据库提供的CIPK序列(GRMZM2G011919),克隆得到一个全长为1908bp的ZmCIPK42基因,其开放阅读框(ORF)为1323bp,编码一个440氨基酸残基的多肽。ZmCIPK42具有CIPK基因家族典型的激酶结构域和NAF调控结构域,其氨基酸序列与玉米CIPK15(NP_001108478)、水稻CIP-K14(Q2QYM3.1)、小麦CIPK14(AFR90220.1)和大麦CIPK14(AEZ51505)等高等植物的CIPK氨基酸序列的同源性分别为74%、73%、73%和70%。与拟南芥CIPK家族系统进化分析表明ZmCIPK42与拟南芥CIPK2和CIPK10同源关系较近。荧光定量PCR分析发现ZmCIPK42基因在盐胁迫和热处理后表达量显著升高,脱水处理后表达水平也有所提高,ABA和冷处理后表达量变化不明显。

谷子CIPK基因(Seita.5G145900)对非生物逆境的响应

在谷子基因组中鉴定出一个CIPK(Seita.5G145900,命名为SiCIPK19)基因。为揭示SiCIPK19对逆境胁迫的响应,对其基因结构、蛋白特征、功能、进化等性状进行了系统的分析和预测,并用实时定量PCR(RT-qPCR)检测了其在谷子苗期不同逆境及关键生育期干旱胁迫下的表达。结果表明,SiCIPK19基因位于谷子5号染色体,基因组序列长1353 bp,编码450个氨基酸,基因无可变剪切,且不含内含子。功能域分析和多序列比对发现,SiCIPK19蛋白具有非常保守的序列结构,与其他植物CIPK蛋白也非常相似。RT-qPCR分析表明,SiCIPK19基因被聚乙二醇6000(PEG 6000)、ABA、高盐和低温胁迫强烈诱导。此外,SiCIPK19基因在谷子拔节期、抽穗期和灌浆期干旱条件下参与了对干旱胁迫的响应,推测该基因参与谷子对非生物逆境的应答,尤其在抽穗期和灌浆期干旱胁迫应答中发挥重要作用。本研究结果为进一步分析CIPK基因逆境应答机制,以及利用基因工程方法改善谷子抗逆性和提高产量提供了理论支持。

植物中CBL-CIPK途径转导特异Ca^(2+)信号的分子机制

Ca2+作为植物中普遍存在的第二信使,其信号传感器CBL(calcineurin B-like protein)及与CBL互作的蛋白CIPK(CBL-interacting protein kinase)所构成的CBL-CIPK信号转导途径在转导特异Ca2+信号过程中起重要的作用。由于植物同时受多种复杂环境因素影响,因此必须同时对各种复杂因素作出响应并转导并存的信号。CBL和CIPK在结构、表达以及功能上的特异性构成了CBL-CIPK途径能够转导特异Ca2+信号的分子基础。本文在介绍CBL、CIPK的基础上,着重对其组合成的CBL-CIPK途径转导特异Ca2+信号的分子机制进行综述。

非生物逆境胁迫下ZmCIPK10基因表达分析

干旱、高盐、低温、高温等非生物逆境严重影响植物的生长发育,研究参与逆境胁迫应答基因具有重要的理论意义和应用价值。从玉米中克隆了一个CIPK蛋白激酶基因,暂时命名为ZmCIPK10。该基因全长2730bp,转录长度2100bp,编码438个氨基酸。顺式元件分析发现在基因启动子区域存在ABRE、HSE、TC-rich repeats等推测的逆境顺势元件。荧光实时定量PCR结果表明ZmCIPK10在干旱、低温、盐胁迫下表达量上调,在ABA、高温胁迫下表达量下调。研究结果初步证实ZmCIPK10基因响应非生物逆境胁迫,为ZmCIPK10参与植物逆境信号途径及其功能研究提供理论依据。