南瓜CBL和CIPK基因家族的鉴定及表达模式分析

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kid0226
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Ca2+是植物中的第二信使,逆境胁迫会导致钙离子浓度的变化,钙感受器之一的类钙调磷酸酶B亚基蛋白(Calcineurin B-like protein,CBLs)能够感知这种变化,并且能够特异性结合位于下游的靶蛋白CBL互作蛋白激酶(CBL-interacting protein kinase,CIPKs),构成CBL-CIPK信号系统。它们将信号传递,进而激活下游一系列级联反应,从而调控植物对逆境胁迫的应答。南瓜(Cucurbita moschata)是异源四倍体,不同于葫芦科二倍体的黄瓜和甜瓜等物种。模式作物拟南芥、水稻等有关CBLs和CIPKs基因家族及基因功能等方面的研究较多。2017年,南瓜基因组发布,目前有关南瓜CBLs和CIPKs基因家族的研究较少。而本文通过南瓜全基因组CBLs和CIPKs基因家族的鉴定、分析其表达模式和围绕盐胁迫响应的基因进行研究,主要的研究结果如下:1.利用生物信息学分析方法在南瓜全基因组中鉴定到8个CmCBLs和30个CmCIPKs。CBLs和CIPKs基因家族在基因结构、保守模体和保守结构域分析中都十分保守。系统进化树分析显示CmCBL1、CmCBL2、CmCBL7、CmCBL8与AtCBL1、AtCBL9聚类在同一个进化枝;CmCIPK7、CmCIPK21和CmCIPK9、CmCIPK26与AtCIPK9和AtCIPK23聚类在同一进化枝;仅有1个CmCIPK3与AtCIPK3和AtCIPK26聚类在同一进化枝;以上同一进化枝上的成员与对应的拟南芥蛋白序列一致性很高。多序列比对分析显示南瓜CBLs和CIPKs蛋白与拟南芥的保守性位点存在不同;进化分析显示CmCBL1、CmCBL2、CmCBL7、CmCBL8在进化过程中十分保守;顺式作用元件预测结果显示同一进化枝上成员的顺式作用元件的类型和数量没有必然的联系。2.转录组数据显示南瓜CBLs和CIPKs基因家族存在部分高表达基因,例如CmCBL1、CmCBL7。75 mM NaCl胁迫处理24 h的南瓜根尖转录组结果显示高表达基因为CmCBL1、CmCBL8、CmCBL5和CmCIPK20、CmCIPK21、CmCIPK2;100mM NaCl胁迫下处理24 h的南瓜叶脉叶肉的转录组结果显示高表达基因为CmCBL7、CmCIPK16、CmCIPK24、CmCIPK29;75 mM NaCl胁迫处理24 h的南瓜转录组结果显示高达表基因为CmCBL1、CmCBL4、CmCBL8和CmCIPK16、CmCIPK18。南瓜中潜在的CIPK下游基因AKT1在根中高表达,RBOHF-1在根中高表达。3.qRT-PCR定量结果显示4种胁迫下南瓜CBLs基因家族中发现高表达基因为CmCBL1、CmCBL2、CmCBL3,其他基因也受到不同程度诱导。处理24 h,NaCl胁迫下,叶片中CmCBL3显著上调,根中CmCBL1显著上调;在山梨醇胁迫下,叶片中CmCBL3显著上调,根中CmCBL2显著上调;在ABA胁迫下,叶片中CmCBL3显著上调,根中CmCBL2、CmCBL3显著上调;在H2O2胁迫下,叶片中CmCBL2显著上调,根中CmCBL2显著上调。4.亚细胞定位结果显示CmCBL1、CmCBL2、CmCBL7、CmCBL8均定位于细胞膜和细胞核,并且结合系统进化树、蛋白序列一致性和进化分析的结果,发现5个与ABA和离子转运有关的基因为CmCIPK3、CmCIPK9、CmCIPK26、CmCIPK7、CmCIPK21。南瓜中AtCIPK3与AtCIPK26的同源基因为CmCIPK3;AtCIPK9的同源基因为CmCIPK9、CmCIPK26;AtCIPK23的同源基因为CmCIPK7、CmCIPK21。酵母双杂交结果显示CmCBL1与CmCIPK9、CmCIPK26、CmCIPK21、CmCIPK7有互作;CmCBL2与CmCIPK3、CmCIPK9、CmCIPK26、CmCIPK21、CmCIPK7有互作;CmCBL7与CmCIPK9、CmCIPK26、CmCIPK7有互作;CmCBL8与CmCIPK3、CmCIPK 9、CmCIPK26有互作。以上结果表明CBL蛋白和CIPK蛋白互作既有共性,又有特异性,其机制有待于进一步研究。
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