谷子CIPK基因（Seita.5G145900）对非生物逆境的响应
发布时间：2021-03-21 06:20
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1 353 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。
【文章来源】：核农学报. 2020,34(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同胁迫下谷子苗期SiCIPK19基因的表达分析
由图4可知,CK谷子的SiCIPK19基因在拔节期、抽穗期和灌浆期表达量逐步提高,在抽穗期和灌浆期表达量分别为拔节期的6.18和7.24倍。在干旱条件下,谷子拔节期、抽穗期和灌浆期SiCIPK19基因表达量分别为CK拔节期的8.31、237.23和235.46倍,较CK相应生育期表达量也大幅度提升,CK谷子的SiCIPK19基因在各生育期均有表达,揭示在谷子正常生长条件下该基因在整个生育期均发挥了一定作用。在干旱条件下SiCIPK19基因表达量在拔节期、抽穗期和灌浆期均被诱导,尤其在抽穗期和灌浆期诱导倍数达几百倍之高。推测SiCIPK19基因参与了谷子在拔节期、抽穗期和灌浆期等不同生育期对干旱胁迫的响应,尤其是在抽穗期和灌浆期的干旱应答信号途径中发挥重要作用。3 讨论
2.1 基因序列参数分析序列分析显示,SiCIPK19位于谷子5号染色体12948718-12950070区域,基因组序列长1 353 bp,编码450个氨基酸,该基因只有一个转录本,无可变剪切,cDNA编码序列由一个外显子构成,不含内含子。NCBI数据库比对显示,与水稻、高粱、普通小麦中的CIPK5以及玉米中的CIPK15同源性较高。由图1可知,SiCIPK19基因12～266氨基酸区域为蛋白激酶功能域,311～335氨基酸为NAF结构域。此外,SiCIPK19蛋白序列含有丝氨酸/苏氨酸激酶功能域 (130～142 Aa)、蛋白激酶ATP结合域 (18～41 Aa)位点和信号转导位点等多个CIPK家族基因的特征结构域。推断SiCIPK19 (Seita.5G145900)是谷子CIPK家族成员之一。不同物种CIPK蛋白序列比对进一步发现,SiCIPK19蛋白与其他物种CIPK蛋白非常相似,所有比对序列一致性为67.01%,具有非常保守的序列结构。该基因与高粱 (SbCIPK5)、玉米 (ZmCIPK15) 和水稻 (OsCIPK5) 小麦 (TaCIPK5) 基因同源性非常高,一致性分别为79.88%、76.89%、76.69%和75.50%,而与其他物种 (拟南芥、北美云杉、小立碗藓) 序列一致性相对较低 (图2)。该结论一方面说明SiCIPK19基因与高粱、玉米、水稻、小麦有较近的亲缘关系,另一方面表明SiCIPK19可能与这些不同物种同源性较高的基因在逆境应答或其他信号途径中有着相似的功能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]逆境胁迫下植物MAPK级联反应途径研究新进展[J]. 单鸿轩,付畅. 核农学报. 2017(04)
[2]植物CBL-CIPK信号通路响应非生物胁迫作用机制的研究进展[J]. 王晓彤,张海玲,高慧纯,吴杨,王全伟. 分子植物育种. 2017(04)
[3]两个谷子CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析[J]. 余爱丽,赵晋锋,王高鸿,杜艳伟,李颜方,张正,郭二虎,梁爱华. 作物学报. 2016(02)
[4]谷子CBL基因鉴定及其在干旱、高盐胁迫下的表达分析[J]. 赵晋锋,余爱丽,田岗,杜艳伟,郭二虎,刁现民. 作物学报. 2013(02)
[5]玉米ZmCIPK21基因的克隆与分析[J]. 陈勋基,李建平,郝晓燕,足目热木,陈果,黄全生. 核农学报. 2012(06)
[6]植物CBL/CIPK网络系统逆境应答研究进展[J]. 赵晋锋,余爱丽,王高鸿,田岗,王寒玉,杜艳伟,常海霞. 中国农业科技导报. 2011(04)
本文编号：3092465
【文章来源】：核农学报. 2020,34(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同胁迫下谷子苗期SiCIPK19基因的表达分析
由图4可知,CK谷子的SiCIPK19基因在拔节期、抽穗期和灌浆期表达量逐步提高,在抽穗期和灌浆期表达量分别为拔节期的6.18和7.24倍。在干旱条件下,谷子拔节期、抽穗期和灌浆期SiCIPK19基因表达量分别为CK拔节期的8.31、237.23和235.46倍,较CK相应生育期表达量也大幅度提升,CK谷子的SiCIPK19基因在各生育期均有表达,揭示在谷子正常生长条件下该基因在整个生育期均发挥了一定作用。在干旱条件下SiCIPK19基因表达量在拔节期、抽穗期和灌浆期均被诱导,尤其在抽穗期和灌浆期诱导倍数达几百倍之高。推测SiCIPK19基因参与了谷子在拔节期、抽穗期和灌浆期等不同生育期对干旱胁迫的响应,尤其是在抽穗期和灌浆期的干旱应答信号途径中发挥重要作用。3 讨论
2.1 基因序列参数分析序列分析显示,SiCIPK19位于谷子5号染色体12948718-12950070区域,基因组序列长1 353 bp,编码450个氨基酸,该基因只有一个转录本,无可变剪切,cDNA编码序列由一个外显子构成,不含内含子。NCBI数据库比对显示,与水稻、高粱、普通小麦中的CIPK5以及玉米中的CIPK15同源性较高。由图1可知,SiCIPK19基因12～266氨基酸区域为蛋白激酶功能域,311～335氨基酸为NAF结构域。此外,SiCIPK19蛋白序列含有丝氨酸/苏氨酸激酶功能域 (130～142 Aa)、蛋白激酶ATP结合域 (18～41 Aa)位点和信号转导位点等多个CIPK家族基因的特征结构域。推断SiCIPK19 (Seita.5G145900)是谷子CIPK家族成员之一。不同物种CIPK蛋白序列比对进一步发现,SiCIPK19蛋白与其他物种CIPK蛋白非常相似,所有比对序列一致性为67.01%,具有非常保守的序列结构。该基因与高粱 (SbCIPK5)、玉米 (ZmCIPK15) 和水稻 (OsCIPK5) 小麦 (TaCIPK5) 基因同源性非常高,一致性分别为79.88%、76.89%、76.69%和75.50%,而与其他物种 (拟南芥、北美云杉、小立碗藓) 序列一致性相对较低 (图2)。该结论一方面说明SiCIPK19基因与高粱、玉米、水稻、小麦有较近的亲缘关系,另一方面表明SiCIPK19可能与这些不同物种同源性较高的基因在逆境应答或其他信号途径中有着相似的功能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]逆境胁迫下植物MAPK级联反应途径研究新进展[J]. 单鸿轩,付畅. 核农学报. 2017(04)
[2]植物CBL-CIPK信号通路响应非生物胁迫作用机制的研究进展[J]. 王晓彤,张海玲,高慧纯,吴杨,王全伟. 分子植物育种. 2017(04)
[3]两个谷子CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析[J]. 余爱丽,赵晋锋,王高鸿,杜艳伟,李颜方,张正,郭二虎,梁爱华. 作物学报. 2016(02)
[4]谷子CBL基因鉴定及其在干旱、高盐胁迫下的表达分析[J]. 赵晋锋,余爱丽,田岗,杜艳伟,郭二虎,刁现民. 作物学报. 2013(02)
[5]玉米ZmCIPK21基因的克隆与分析[J]. 陈勋基,李建平,郝晓燕,足目热木,陈果,黄全生. 核农学报. 2012(06)
[6]植物CBL/CIPK网络系统逆境应答研究进展[J]. 赵晋锋,余爱丽,王高鸿,田岗,王寒玉,杜艳伟,常海霞. 中国农业科技导报. 2011(04)
本文编号：3092465
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