钙依赖蛋白激酶(CDPKs)在植物钙信号转导中的作用

CDPKs在植物钙信号转导中起重要作用。本文介绍了植物钙信号转导及CDPKs的结构与生化性质 ,在此基础上 ,重点总结了CDPKs在植物钙信号转导中的潜在调节作用 ,包括基因表达、代谢、离子和水分的跨膜运输、细胞骨架的动态变化、气孔运动和生长发育等 。

钙依赖型蛋白激酶(CDPKs)在植物中的生理功能

简要介绍了钙依赖型蛋白激酶(Calcium-dependentProteinKinases,CDPKs)的结构特点及家族成员,重点对CDPKs在植物环境胁迫、防御反应、生长发育、离子通道调节和激素信号等方面的生理功能研究进展进行了综述和讨论,并展望了该领域的研究前景。

钙依赖蛋白激酶(CDPKs)在植物钙信号转导中的生理功能

介绍了钙依赖蛋白激酶(CDPKs)的结构特点以及酶活性调节,从激素信号、生长发育、细胞骨架、胁迫信号、防御反应、碳氮代谢以及离子通道调节几个方面阐述了CDPKs在植物钙信号转导中的生理功能,并对该领域的研究前景作了展望。

小麦幼胚脱分化过程中CDPKs基因的差异表达分析

为了解研究蛋白激酶（CDPKs）在小麦幼胚脱分化过程中的作用,利用Affymetrix小麦基因芯片检测了小麦幼胚脱分化过程中CDPKs基因的表达变化。结果表明,在检测到的16个CDPKs基因中,有13个基因在小麦幼胚脱分化过程中发生了有意义的变化,其中上调表达基因有5个,上调2-6.5倍,下调表达基因有8个,下调2-16倍。根据已知CDPKs生物功能和它们表达变化趋势以及这些变化趋势与脱分化过程中的吻合程度分析结果,推测CPK6、BJ286005、CK211705、BJ274015和BJ246895参与了小麦幼胚脱分化过程的启动和愈伤组织的形成。

钙依赖蛋白激酶(CDPKs)介导植物信号转导的分子基础

钙依赖蛋白激酶(CDPKs)是生长发育信号和逆境信号诱发的钙信号的重要信号传递体,在调控植物信号转导途径中下游基因的表达、生化代谢、离子和水分跨膜运输等生物学过程中具有重要作用。本研究对植物种属CDPK的结构特点、CDPK在植株体内的分布特征、CDPK生理生化特性及生化反应调控特性、CDPK在信号转导中的作用,以及CDPK在植株体内的生物学功能进行了概述。旨在为今后牧草作物CDPK的鉴定及其介导的信号转导机制的研究提供参考依据。

植物CDPKs响应逆境胁迫信号传导作用研究进展

钙依赖蛋白激酶(CDPKs)是由多基因族编码,在植物响应逆境胁迫信号转导通路中处于关键位置。从CDPKs结构特征、CDPKs在非生物胁迫信号转导中的作用、CDPKs在生物胁迫信号转导中的作用和CDPKs介导的信号传导途径中的交互作用这几个方面综合阐述了植物CDPKs响应逆境胁迫信号传导作用研究进展,旨在探讨CDPKs的功能及调控防御机制。

小麦成熟胚脱分化过程CDPKs基因的差异表达分析

用Affymetrix小麦基因芯片检测小麦成熟胚脱分化过程中CDPKs基因的表达变化的结果表明,在检测到的16个CDPKs基因中,有15个基因在小麦成熟胚脱分化过程中发生了有意义变化,其中上调表达基因有12个,上调2～7.5倍,下调表达基因有2个,下调3～6.1倍,在不同时点既有上调又有下调的1个。根据已知CDPKs生物功能和它们表达变化趋势以及这些变化趋势与脱分化过程中的吻合程度分析结果,推测CPK2A、CPK2B、CPK6和Os12g0169800基因参与了小麦成熟胚脱分化过程的启动和愈伤组织的形成。

马铃薯CDPKs家族基因的全基因组鉴定和分析

钙离子是真核生物信号转导中重要的第二信使。在植物中,细胞内Ca2+的水平受到多种因素的影响,包括激素水平、光信号、物理损伤、非生物胁迫和病原菌侵染。在植物中,CDPKs代表具有蛋白激酶和钙调蛋白两种结构域的一类新型的Ca2+传感器。CDPKs可以直接与钙离子结合,它们的激酶活性不依赖于钙调素蛋白。对马铃薯CDPKs家族进行全基因组分析,发现马铃薯基因组中共有21个CDPKs基因,这些基因都有CDPKs关键的结构域。马铃薯CDPKs基因不均等地分布在各个染色体上,其中一号和十号染色体最多。而且一号和十号染色体上的基因亲缘关系非常近,可能来源于基因扩增。我们的研究有助于积累马铃薯的基因资源,推动马铃薯育种进程。

CDPKs在植物适应非生物胁迫过程中的调节作用

CDPKs(calcium-dependent protein kinases,CDPKs)在植物适应非生物胁迫过程中发挥了重要作用,CDPK家族成员众多,在植物种间分布广泛,并且定位于不同的细胞器中。CDPKs是植物细胞钙信号转导的重要感受器,通过作用于多种多样的互作底物,参与植物对干旱胁迫、盐胁迫和低温胁迫的适应。在分子水平上,CDPKs通过磷酸化调节不同的底物蛋白的活性,进而实现基因表达调控、离子平衡调控和活性氧平衡调控,从而发挥各自的生物学功能。本文综述了CDPKs在植物逆境信号网络中的功能,并对将来的研究方向进行论述。

荔枝CDPK基因家族鉴定及其在霜疫病胁迫下的表达分析

【目的】鉴定荔枝(Litchi chinensis Sonn.)钙依赖蛋白激酶(CDPK)基因家族,并分析其在不同组织和荔枝霜疫病胁迫下的表达模式。【方法】基于荔枝基因组数据,利用生物信息学方法鉴定CDPK家族基因,并对其序列特征、基因结构、启动子顺式作用元件、染色体定位和进化关系等进行分析。依赖276份荔枝种质材料,筛选高抗霜疫病的优良荔枝品种。另外,通过RNA-Seq和qRT-PCR方法检测高抗病荔枝品种中LcCDPK基因家族成员在荔枝霜疫病胁迫处理下的表达模式。【结果】从276份荔枝自然群体材料中鉴定到荔枝高抗霜疫病品种裕荣1号(YR1)。从荔枝基因组中共鉴定出19个LcCDPK基因家族成员,分布于11条染色体上。根据保守结构域和系统发育分析将其分为4个亚家族。基因结构分析表明,LcCDPKs外显子数量为7~19。蛋白结构分析发现,所有LcCDPK蛋白均具有1~4个EF-hand结构域。顺式作用元件分析表明,LcCDPKs成员拥有大量的生物和非生物胁迫响应元件。组织表达分析发现,LcCDPK基因在荔枝不同组织存在组织特异性。另外,表达分析发现在高抗霜疫病荔枝裕荣1号(YR1)中,LcCDPK5、LcCDPK17和LcCDPK19在霜疫病胁迫后急剧上调表达,LcCDPK3和LcCDPK8急剧下调表达。【结论】裕荣1号(YR1)是一种高抗霜疫病的荔枝品种。荔枝基因组中共鉴定出19个CDPK基因家族成员,具有明显的组织特异性,LcCDPK5、LcCDPK17、LcCDPK19、LcCDPK3和LcCDPK8可能在荔枝抗霜疫病过程中发挥重要作用。研究结果为进一步探究荔枝CDPK基因家族提供了参考。

核桃CDPK基因家族鉴定与转录表达分析

钙依赖型蛋白激酶(CDPK)在植物响应逆境胁迫过程中起着重要作用,本研究在核桃全基因组数据库中利用隐马尔可夫模型鉴定CDPK家族成员基因,对该家族成员进行了结构分析,并对冷胁迫和不同组织的转录水平进行分析。结果显示,核桃CDPK基因家族包含38个成员,开放阅读框为399~2181 bp,蛋白大小为132~645个氨基酸,等电点为5.34~9.14,亚细胞定位预测该38个基因均定位于细胞核。在清香核桃冷胁迫不同时间后进行转录表达分析,发现JrCDPK4呈现显著上升趋势,并在根和嫩叶中表达较高,推测该基因可能参与响应冷胁迫以及根、嫩叶的生长发育,本研究结果为进一步研究该基因响应冷胁迫的机理奠定了基础。

红花CDPK基因家族的鉴定及表达分析

钙依赖性蛋白激酶(CDPK)是植物细胞内Ca2+信号识别及转导的重要媒介,在植物的生长发育以及逆境响应过程中起着重要的作用。本研究通过多种生物信息学的方法和手段,对鉴定出来的30个CDPK基因进行分析鉴定,结果显示30个CtCDPK基因所编码的氨基酸分子量为47781.96~93251.66 ku,等电点为5.09~9.27;基因结构预测结果表明,所有CtCDPK基因均含有6~13个外显子;染色体定位结果表明,30个CtCDPK基因分别定位在10条染色体上,其中8号染色体上最多,有5个,2号、4号染色体上没有;系统发育树分析结果显示将其分为6个亚家族;表达分析结果表明CtCDPK基因在不同组织、不同发育阶段中表达模式有所差异。

盐藻CDPK基因的克隆与生物信息学分析

为了研究CDPK基因的结构和功能,应用RT-PCR和RACE方法从盐藻Dunaliella salina中克隆得到CDPK基因(GenBank登录号为JQ964113),并对其进行生物信息学分析。结果表明:盐藻CDPK基因的cDNA全长3 052bp。5'-UTR长70bp;开放阅读框长1650bp,编码549个氨基酸;3'-UTR长1332bp。蛋白表现为弱酸性,且稳定、亲水,二级结构中以无规则卷曲和α-螺旋为主,三级结构同源建模成功。亚细胞定位于叶绿体和细胞核中,无跨膜结构域,无信号肽。蛋白序列中存在4个丝氨酸磷酸化位点、4个苏氨酸磷酸化位点和3个酪氨酸磷酸化位点,蛋白激酶结构域在53～331位氨基酸处,蛋白激酶ATP结合域在59～82位氨基酸处,丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性域在173～185位氨基酸处,4个EF-hand钙结合域分别在357～385、393～421、429～457、465～493位氨基酸处。进化分析结果表明,克隆的CDPK基因与团藻、衣藻、盐藻Dunaliella tertiolecta的CDPK亲缘关系最近。为进一步研究CDPK基因的功能及探究盐藻耐盐机制的信号转导途径奠定了分子基础。

二穗短柄草钙依赖型蛋白激酶BdCDPK4基因的克隆及其编码蛋白质的生物信息学分析

二穗短柄草(Brachypodium distachyon L.)因与小麦、大麦等有很高的同源性,作为新型禾本科模式生物吸引了越来越多的研究者。试验采用基因克隆技术分离了二穗短柄草Bd CDPK4基因的编码区序列,并采用生物信息学方法分析了该基因及其编码的蛋白质的序列特征、结构和功能。结果表明,分离了BdCDPK4基因1 851 bp的cDNA序列(Gen Bank登录号为XM_003559516),编码区长度为1 752 bp,编码583个氨基酸,分子量为64.78 ku,等电点为9.12,含有N端可变区、蛋白激酶区、自抑制区、EF手型结构、类似钙调素等结构域。亚细胞定位预测位于叶绿体和液泡上。进化树分析结果显示,该蛋白与小麦Ta CDPK19蛋白的同源性最近。根据各物种间CDPKs蛋白的高同源性,结合小麦TaCDPK19基因被高盐和小麦白粉病菌Blumeria graministritici(Bgt)诱导,推测Bd CDPK4基因也可能参与逆境胁迫下的信号传导途径,在抗逆等生物学过程中发挥重要功能。

植物CDPK信号转导途径及其互作组分的功能研究进展

钙依赖性蛋白激酶(calcium-dependent protein kinase,CDPK或CPK)是植物中最大的钙调蛋白激酶家族,其在植物体内可迅速感受瞬时Ca2+信号的变化,识别并磷酸化特异性底物后,通过信号的级联转导,引发各种生理反应,从而调控植物的生长发育及对多种胁迫的响应.许多植物中均具有CDPKs,根据其氨基酸序列可分为四个家族(Ⅰ-Ⅳ).CDPKs分布广泛且具有不同的亚细胞定位,这使它们能“感知”局部Ca^(2+)浓度变化并与其靶标进行特异性相互作用,从而发挥不同的生物学功能.本文主要介绍了植物CDPK信号转导途径及CDPKs的生物学特性,在此基础上重点讨论了CDPKs的互作组分及其生物学功能.

植物中的钙依赖蛋白激酶(CDPK)的结构特征和功能研究进展

Ca2+是植物中重要的第二信使,细胞中的钙信号经钙传感蛋白(CaMs、CaMLs、CBLs和CDPKs)传递到下游组分(转录因子,NADPH氧化酶基因等),引起相关基因的表达,使植物对生物或非生物胁迫作出响应。钙依赖蛋白激酶(CDPKs)是在植物及原生动物中发现的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,在Ca2+介导的信号途径中起重要作用。CDPKs是由多基因家族编码,分属4个亚家族,各亚族成员具有相同或不同的表达模式、亚细胞定位、底物特异性、功能各异或冗余等特性。综述CDPKs的结构特征、表达模式、定位、调控、体内外底物、抑制剂,以及在响应生物及非生物胁迫中的作用等方面的研究进展,旨在探讨CDPKs的功能及其调控机制。

普通烟草CDPK基因家族的克隆及表达分析

【目的】从普通烟草中分离更多CDPK基因,分析该基因家族的序列特征、进化关系和表达谱,为全面揭示其功能奠定基础。【方法】采用RT-PCR、RACE和生物信息学的方法,分离普通烟草CDPK基因;采用MEGA4.0软件构建系统进化树;利用RT-PCR研究普通烟草全长基因的表达谱。【结果】分离到普通烟草CDPK基因8个,其中3个可以找到完整的开放读码框;系统进化树分析显示,烟草属11个全长CDPK基因位于4个亚家族,预测的2对普通烟草和拟南芥的直系同源基因在功能上可能非常保守;3个普通烟草全长基因虽然在所有的组织中都能检测到,但是它们的表达谱在不同的组织间存在明显差异。【结论】分离到8个未报道的普通烟草CDPK基因,结合已有的报道,目前在普通烟草中获得了15个CDPK基因,为在基因组范围内研究普通烟草CDPK基因家族的功能奠定了基础。

杨树CDPK基因家族的表达分析及功能预测

为探究CDPK基因在木材形成过程中的作用,本研究在基因组水平上对杨树CDPKs基因家族的成员进行分析,找到32个CDPKs及10个CRKs成员。对CDPK基因家族成员在杨树中表达特性进行了分析,发现其家族成员在不同组织、不同发育阶段以及毛白杨次生维管发育不同时期的表达特性不同。分析杨树CDPK基因家族中3个基因Pt CPK1、Pt CPK6、Pt CPK15,其蛋白质一级结构均存在1个跨膜区,其蛋白定位在细胞膜上。

梨CDPK基因家族全基因组序列鉴定分析

CDPK是植物特有的一类丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶，在介导植物生育信号和逆境信号转导中具有重要作用。为揭示CDPK基因在梨生长发育与抗逆防御机制中的作用，本研究通过生物信息学手段，结合梨基因组注释信息，鉴定梨基因组中CDPK家族基因成员，利用MEGA6.0程序进行多序列比对、分类并构建系统进化树；利用per1程序以及GSDS工具进行基因结构与保守性分析，为植物CDPK基因功能分析与利用提供依据。结果表明，本研究成功鉴定出26个CDPK家族成员，根据系统发育树分析，所有PbCDPK被分为4类；基因结构预测结果表明，大多数PbCDPK均含有6～7个内含子；且预测的PbCDPK氨基酸序列绝大多数含4个EF-hand功能域；为了深入分析梨与其他物种的同源进化关系，构建了梨与拟南芥、水稻的CDPK基因系统进化树，进化树聚类分析结果将所有的CDPK蛋白分为四类。综上所述，目前已初步获得26个梨CDPK基因，为在基因组范围内研究CDPK基因在梨生长发育与逆境响应中的功能奠定了基础。

梨树CDPK基因家族进化和表达分析

钙依赖蛋白激酶(CDPK或CPK)在植物生长和发育、逆境信号刺激及其对病原物的防御反应过程中发挥着非常重要的作用。本研究利用梨树全基因组数据,采用生物信息学的方法,在全基因组水平上对梨树CDPK基因家族进行系谱进化关系、基因结构、共线性关系及表达情况等分析。结果表明,梨树基因组中共存在31个CDPK基因,命名为PbCDPK1~PbCDPK31。系谱分析结果表明,这些CDPK基因归属于4个亚家族。共线性分析检测到12对CDKP基因间存在显著的共线性关系,其中10对由最近一次发生的全基因组复制事件形成。非同义/同义置换率的比率(dN/dS)说明CDPK基因在功能上进化得非常保守。荧光定量PCR结果发现,5个梨树CDPK基因对干旱逆境有响应。试验结果可为进一步开展梨树CDPK基因家族的功能鉴定和分子进化机制的研究提供参考。