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Cloning and Expression of Calcium-Dependent Protein Kinase (cdpk) Gene Family in Common Tobacco (Nicotiana tabacum)

Agricultural Sciences in China 2009年第12期8卷 1448-1457页

作者： TAI Shuai-shuai LIU Guan-shan SUN Yu-he CHEN Jia Tobacco Research Institute Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Tobacco Quality Control Ministry of Agriculture Qingdao 266101 P.R. China State Key Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry/College of Biological Sciences China Agricultural University Beijing 100193 P.R.China

To further study the function of calcium-dependent protein kinase （cdpk） gene family in common tobacco （Nicotiana tabacum）, it is necessary to isolate more cdpks from common tobacco and describe the sequence characteristics, evolutionary relationship and gene expression. Reverse transcription-PCR （RT-PCR）, rapid amplification of cDNA （RACE） and bioinformatics methods were used to isolate cdpks from common tobacco. A phylogenetic tree was created using the MEGA4.0 program and expression patterns of the three full-length cdpk genes were studied by RT-PCR. After all aforementioned efforts, we obtained eight additional common tobacco cdpk genes, of which three possessed complete open reading frames （ORFs）. Phylogenetic analysis divided 1 1 full-length Nicotiana cdpk genes into four subfamilies, and two putative common tobacco and Arabidopsis orthologous cdpk genes might correspond to well-conserved functions. Three full-length cdpk genes in common tobacco were detected in all tobacco organs tested, but their expression patterns were significantly different. Eight non-redundant common tobacco cdpk genes were isolated in this study. Along with the previously characterized cdpk genes, at least 15 members of the cdpk family exist in common tobacco. This work establishes a foundation for a genome-wide study of this important gene family in common tobacco.

关键词： common tobacco (Nicotiana tabacum) cdpk phylogenetic tree gene expression

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杨树cdpk基因家族的表达分析及功能预测

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林业科学研究 2014年第5期27卷 604-611页

作者：张进李建波刘伯斌陈军卢孟柱林木遗传育种国家重点实验室中国林业科学研究院林业研究所北京100091

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... 详细信息

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。

关键词：杨树 cdpk 基因家族基因表达

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植物中钙依赖蛋白激酶(cdpk)的研究进展

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草业学报 2018年第1期27卷 204-214页

作者：武志刚武舒佳王迎春郑琳琳内蒙古大学生命科学学院内蒙古呼和浩特010021

Ca^(2+)是植物细胞信号转导中重要的第二信使,在植株受到外界逆境胁迫时,细胞中的钙信号经钙传感蛋白(CaMs、CaMLs、CBLs和cdpks)传递到下游组分引起相关基因的表达,从而响应环境的各种变化。钙依赖性蛋白激酶(cdpk)是Ca^(2+)传感器,可... 详细信息

Ca^(2+)是植物细胞信号转导中重要的第二信使,在植株受到外界逆境胁迫时,细胞中的钙信号经钙传感蛋白(CaMs、CaMLs、CBLs和cdpks)传递到下游组分引起相关基因的表达,从而响应环境的各种变化。钙依赖性蛋白激酶(cdpk)是Ca^(2+)传感器,可以将细胞内Ca^(2+)信号传递到可以与14-3-3蛋白相互作用的靶蛋白从而刺激靶蛋白发生磷酸化。cdpk在植物生长的诸多方面发挥关键作用,如花粉管的伸长、植物的生长发育以及对生物胁迫、非生物胁迫的应激反应。大多数cdpk具有明显的亚细胞分布,使它们能够"感受"局部Ca^(2+)浓度的变化并与其靶细胞发生特异性作用。14-3-3蛋白是一类通过磷酸化激活的真核蛋白,它可以与不同靶蛋白相互作用,调控植物重要的生理生化过程。近年来研究发现,14-3-3蛋白作为cdpk的靶蛋白和cdpk交叉磷酸化形成cdpk/14-3-3复合物,进一步调节植物初级代谢、开花和激素合成。将从cdpk的结构、亚细胞定位、靶蛋白、生物学功能,特别是cdpk与14-3-3之间的交叉调节及其在植物信号通路中的协同作用方面进行全面的综述,旨在为未来cdpk研究提供参考和新的方向。

关键词： cdpk 14-3-3蛋白非生物胁迫亚细胞定位

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高等植物中的cdpk及其生理生化功能

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山东农业大学学报（自然科学版） 2003年第2期34卷 284-288页

作者：杨洪强梁小娥山东农业大学园艺学院山东泰安271018 中国科学院发育生物学研究所北京100080

蛋白激酶主要催化蛋白质的磷酸化作用 ,参与细胞的信号识别与转导。cdpk是一类钙依赖钙调素不依赖的蛋白激酶 (Calcium -dependentandcalmodulin -independentproteinkinase) ,与细胞Ca2 + 信号进一步传递有密切关系。

关键词：高等植物 cdpk 生理生化功能磷酸化作用信号识别蛋白激酶

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普通烟草cdpk基因家族的克隆及表达分析

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中国农业科学 2009年第10期42卷 3600-3608页

作者：太帅帅刘贯山孙玉合陈珈中国农业科学院烟草研究所/农业部烟草类作物质量控制重点开放实验室中国农业大学生物学院/植物生理学与生物化学国家重点实验室

【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... 详细信息

【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。

关键词：普通烟草 cdpk 进化树基因表达

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旋蒴苣苔cdpk基因家族鉴定与特征分析

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分子植物育种 2022年第18期20卷 6015-6023页

作者：石天龙李欲柯洪鲲龚纪熠李菲贵州师范大学生命科学学院植物生理与发育调控重点实验室贵阳550025 国家林业和草原局西南喀斯特山地生物多样性保护重点实验室贵阳550025

钙依赖蛋白激酶(cdpks)是植物特有的一类丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶。cdpk在介导植物生长发育和逆境信号转导中具有重要作用。大多数高等植物无法耐受极度脱水状态,然而旋蒴苣苔进化出独特的耐脱水机制,能够耐受体内水分丧失90%以上,且复... 详细信息

钙依赖蛋白激酶(cdpks)是植物特有的一类丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶。cdpk在介导植物生长发育和逆境信号转导中具有重要作用。大多数高等植物无法耐受极度脱水状态,然而旋蒴苣苔进化出独特的耐脱水机制,能够耐受体内水分丧失90%以上,且复水后迅速恢复生活状态。为揭示旋蒴苣苔cdpk基因在生长发育与抗旱防御机制中的作用,本研究基于旋蒴苣苔基因组数据,在全基因组水平利用生物信息学工具对cdpk基因家族成员进行鉴定,并对其系统进化、基因结构、染色体定位等进行分析并对部分基因进行功能预测。本研究鉴定了旋蒴苣苔cdpk基因家族,并对其进行相关分析,为在基因组范围内研究cdpk基因在旋蒴苣苔抗旱逆境响应中的功能提供了理论基础。

关键词：旋蒴苣苔 cdpk 生物信息学

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马铃薯cdpk基因的克隆及生物信息学分析

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分子植物育种 2022年第5期20卷 1435-1442页

作者：田再民赵益纪艺红冯琰龚学臣刘毅强翟鑫娜张云帅王燕魏东河北北方学院农林科技学院张家口075000 河北农业大学植物保护学院保定071000 河北北方学院旱作农业研究中心张家口075000 河北北方学院河北省农产品食品质量安全分析检测重点实验室张家口075000

钙依赖蛋白激酶基因(cdpk)在环境胁迫中对植物具有非常重要的调节作用。为了研究Stcdpk基因在马铃薯生长发育过程中的作用和功能,本试验以马铃薯组培苗‘夏坡蒂’为材料,从马铃薯cDNA中克隆得到cdpk基因,并进行生物信息学分析;通过RT-q... 详细信息

钙依赖蛋白激酶基因(cdpk)在环境胁迫中对植物具有非常重要的调节作用。为了研究Stcdpk基因在马铃薯生长发育过程中的作用和功能,本试验以马铃薯组培苗‘夏坡蒂’为材料,从马铃薯cDNA中克隆得到cdpk基因,并进行生物信息学分析;通过RT-qPCR方法,在干旱、低温和高温胁迫下对Stcdpk基因的表达量进行初步分析。结果表明,克隆出的Stcdpk基因全长1620 bp,开放阅读框全长1599 bp,编码532个氨基酸;蛋白质相对分子质量58979.29,理论等电点(pI)为6.49;平均亲水系数-0.402,为亲水性蛋白;α-螺旋占42.48%,无规曲线区域占37.03%;并通过同源蛋白比对,与龙葵同源性最高;通过构建基因进化树,发现与大豆在同一分支上;RT-qPCR分析表明,干旱、低温、高温均能诱导Stcdpk基因的表达,结果表明Stcdpk基因可能在非生物胁迫中起着重要作用。

关键词：马铃薯 cdpk 基因克隆生物信息学分析

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莲藕耐盐基因cdpk的cDNA克隆及序列分析

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生物技术 2013年第6期23卷 1-5页

作者：臧姝尹静静程立宝李良俊常爱玲史旻扬州大学园艺与植物保护学院江苏扬州225009

目的:克隆莲藕cdpk基因的cDNA全长并对其进行序列分析。方法:根据已有的ESTs序列,设计3’端RACE引物,运用RACE技术克隆莲藕cdpk基因cDNA全长。结果:克隆得到一条含有poly(A)尾,长度为2 039bp的全长cDNA序列,包括374bp的3’非编码区和1 6... 详细信息

目的:克隆莲藕cdpk基因的cDNA全长并对其进行序列分析。方法:根据已有的ESTs序列,设计3’端RACE引物,运用RACE技术克隆莲藕cdpk基因cDNA全长。结果:克隆得到一条含有poly(A)尾,长度为2 039bp的全长cDNA序列,包括374bp的3’非编码区和1 665bp的开放阅读框,编码554个氨基酸。其核苷酸序列与其他作物cdpks的同源性为80%、80%、78%和71%。其氨基酸序列与NCBI数据库中葡萄cdpk、大豆cdpk、蓖麻cdpk及曼陀罗cdpk1的同源性较高,分别为84%、82%、83%和81%,因此把研究得到的基因命名为Lrcdpk。结论:cdpk基因的分离,为进一步研究该基因在莲藕生长发育过程中的功能奠定基础。

关键词：莲藕 cdpk 基因 cDNA 克隆

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胡杨cdpk等3个耐盐基因的克隆与功能分析

胡杨CDPK等3个耐盐基因的克隆与功能分析

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作者：任逸秋西北农林科技大学

学位级别：硕士

胡杨(Populus euphratica)是我国西北沙漠唯一能成林的高大乔木树种,对盐碱、干旱、极端温度等抵抗能力较强,是研究林木抗逆机理的候选模式树种。因此,通过研究胡杨耐盐基因的功能对于揭示树木耐盐性分子机理具有重要意义。其中cdpk基... 详细信息

胡杨(Populus euphratica)是我国西北沙漠唯一能成林的高大乔木树种,对盐碱、干旱、极端温度等抵抗能力较强,是研究林木抗逆机理的候选模式树种。因此,通过研究胡杨耐盐基因的功能对于揭示树木耐盐性分子机理具有重要意义。其中cdpk基因作为第二信使的钙离子是高等植物细胞中普遍存在的信号分子,几乎介导了植物生长发育和逆境信号转导的所有反应。F-box蛋白在泛素-蛋白酶体途径中能够特异识别底物蛋白,调节多种激素的信号转导途径,并响应多种非生物胁迫,参与植物抗逆途径。本论文通过对收集的胡杨天然种质资源全基因组深度重测序并进行耐盐性状的GWAS分析,筛选出耐盐候选基因cdpk、F-box及未知功能新基因,并通过克隆、表达特性分析、亚细胞定位、转化拟南芥和转化胡杨原生质体的耐盐性测定,探究胡杨cdpk、F-box及未知功能新基因的功能特性,为深入解析胡杨的耐盐分子机理奠定了基础。主要研究结果如下:胡杨cdpk基因全长822bp,编码273个氨基酸。qRT-PCR结果表明胡杨cdpk基因在各组织中均有表达,无组织特异性,其表达受盐、高温、低温、干旱和ABA胁迫诱导。cdpk启动子表达模式分析表明,两周的拟南芥幼苗,其叶脉,下胚轴与根部连接处和根尖处表达量高。PEG介导的胡杨原生质体瞬时表达发现cdpk蛋白在细胞质和细胞核中都表达。拟南芥种子发芽率实验证实超量表达cdpk基因能够提高拟南芥种子的耐盐性。胡杨F-box基因全长1086 bp,编码361个氨基酸,含有一个F-box domain和一个F-box associated domain。qRT-PCR结果表明胡杨F-box基因在各组织中均有表达,无组织特异性,其表达受盐、高温、低温、干旱和ABA胁迫诱导。PEG介导的胡杨原生质体瞬时表达发现F-box蛋白定位于细胞核上。流式细胞分析技术证实超量表达F-box基因能够提高胡杨原生质体的耐盐性。胡杨未知新基因全长519 bp,编码172个氨基酸;qRT-PCR结果表明胡杨未知新基因在各组织中均有表达,无组织特异性,其表达受盐、高温、低温、干旱和ABA胁迫诱导。PEG介导的胡杨原生质体瞬时表达发现未知新蛋白定位于细胞质上。拟南芥种子发芽率实验证实超量表达未知新基因能够提高拟南芥种子的耐盐性。研究结果初步揭示了胡杨cdpk、F-box及未知新基因的表达特性和耐盐性,为进一步解析胡杨cdpk、F-box及未知新基因的功能及胡杨抗逆分子机理奠定基础。

关键词： cdpk F-box 表达特性原生质体转化耐盐性

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Ca～(2+)/CaM及cdpk在干旱高温复合胁迫诱导玉米sHSPs表达增加中的作用

Ca～(2+)/CaM及CDPK在干旱高温复合胁迫诱导玉米sHSPs表达增加中...

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作者：李娜娜河南农业大学

学位级别：硕士

sHSPs(小热休克蛋白)在植物的生命活动中扮演着重要角色。我们之前的研究显示:sHSP26、sHSP22、sHSP17.4、sHSP17.2在高温及高温干旱条件下显著诱导表达,在正常及干旱条件下不表达,并且证明了sHSP26位于叶绿体内,能够与叶绿体内6个蛋白... 详细信息

sHSPs(小热休克蛋白)在植物的生命活动中扮演着重要角色。我们之前的研究显示:sHSP26、sHSP22、sHSP17.4、sHSP17.2在高温及高温干旱条件下显著诱导表达,在正常及干旱条件下不表达,并且证明了sHSP26位于叶绿体内,能够与叶绿体内6个蛋白相互作用,保护PSII活性。此外,我们的研究进一步证明了,外源HO能够显著诱导sHSP26的表达,有助于提高植物耐逆性。但是,目前对Ca/CaM、cdpk是否参与sHSP26、sHSP22、sHSP17.4的表达并不清楚,因此,本研究采用玉米品种郑单958为实验材料,利用RT-PCR,Western Blotting,瞬时RNA干扰(RNAi)等技术,确定Ca/CaM、cdpk在干旱高温复合胁迫诱导sHSP26、sHSP22、sHSP17.4的表达中的作用。主要结果如下:1、为了确定sHSP26、sHSP22及sHSP17.4表达的特性,为后续实验做准备。选定了两个温度,42℃和44℃,在每个温度条件下,分别对幼苗进行高温处理0h(对照)、2h、4h、6h、8h、***-PCR及Western Blotting技术分析结果显示,sHSP26、sHSP22、sHSP17.4的基因表达量在高温胁迫下明显上调;高温胁迫2h时表达量最为丰富,随着时间的推移,表达量逐渐减少;44℃时表达量要略高于42℃胁迫处理的。而sHSP26蛋白表达水平在高温处理4h时表达量较为丰富,随着胁迫时间延长表达量逐渐降低,且在44℃时的表达水平高于42℃的。以上结果说明,sHSP26、sHSP22、sHSP17.4均为高温诱导蛋白,并且44℃条件下2h对其基因诱导效果较为明显,4h对蛋白诱导效果较为明显,所以在后续实验中研究基因表达水平时采用44℃,2h对植株胁迫处理,研究蛋白表达水平时采用44℃,4h对植株胁迫处理。2、分别使用0mM、1mM、5mM、10mM、15 mM、20 mM、30 mM CaCl对幼苗的根部预处理8小时,然后置于44℃分别进行2h和4h处理。结果如下:在高温胁迫条件下,sHSP22、sHSP17.4的表达量随着CaCl浓度的变化先增加后降低,并且10mM CaCl对两者的诱导作用比较明显。sHSP26的表达量随CaCl浓度的变化整体上呈降低趋势,并且在CaCl浓度为10mM和30 mM时,降低趋势较为明显,在蛋白水平上经CaCl预处理以后,sHSP26的表达量随CaCl浓度的增大逐渐减少,所以后续实验选定10mM CaCl对植株进行预处理。3、分别采用了Ca诱导剂CaCl、Ca螯合剂EGTA、CaM抑制剂W7和TFP对植株进行处理。结果显示:CaCl预处理以后,sHSP26及基因的表达量减少,sHSP22、sHSP17.4的表达量明显增加。EGTA、W7、TFP预处理以后,sHSP26及基因、sHSP22、sHSP17.4的表达量都明显减少,并且EGTA和W7明显降低了sHSP26磷酸化程度。以上结果说明CaM参与了sHSP26、sHSP22、sHSP17.4的表达及sHSP26磷酸化。4、cdpk作为Ca受体,在植物体内扮演着重要角色。在本研究中利用同源比对等技术筛选出cdpk1(ID:542762)、cdpk1(ID:542526)、CK3(ID:101061019)、cdpk AK1同工酶(ID:100285166)、cdpk(ID:542226))作为研究对象,探索cdpk与sHSP26、sHSP22、sHSP17.4之间关系。在研究过程中发现cdpk AK1同工酶与sHSP26的表达特性之间有类似之处:在高温条件下sHSP26和cdpk同工酶显著表达,经CaCl处理以后,表达量都有所下降,所以后期选择cdpk AK1同工酶,制定了瞬时沉默系统,研究其与sHSP26、sHSP22、sHSP17.4的关系。研究发现cdpk AK1同工酶沉默以后sHSP26、sHSP22、sHSP17.4的表达量明显下降,此结果表明,cdpk AK1同工酶参与了sHSP26、sHSP22、sHSP17.4的表达。综上所述,CaM及cdpk AK1同工酶参与了sHSP26、sHSP22、sHSP17.4的表达。

关键词：玉米干旱高温 sHSPs CaM cdpk

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