萝卜CIPK基因家族成员鉴定及响应重金属镉胁迫的表达分析OA

CIPK(CBL-interacting protein kinase)是植物中一类重要的蛋白激酶,可通过与类钙调磷酸酶B蛋白(CBL)互作响应非生物和生物胁迫。本研究鉴定了萝卜(Raphanus sativus L.)CIPK基因家族成员,对其进行生物信息学分析以及在萝卜不同组织中和重金属镉(Cd)胁迫下的转录表达分析,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测14个候选RsCIPKs基因在重金属Cd胁迫下的表达情况。结果表明,从萝卜全基因组数据库中鉴定出分布于9条染色体上的58个CIPK基因家族成员(RsCIPK1.1—RsCIPK26.2)。系统发育树将这些基因分为4个亚家族(Ⅰ—Ⅳ),其中第Ⅰ亚族包括的RsCIPKs最多(28个)。共线性分析鉴定出21个同源基因对,其中有6对串联重复的基因对,表明RsCIPK基因家族主要通过基因复制进行扩增。该家族基因结构之间存在较大差异,暗示CIPK基因功能具有差异性和多样性。RsCIPKs启动子区含有较多的生物与非生物胁迫、植物激素及植物生长发育响应元件,其中生物和非生物胁迫响应元件Box 4主要存在于RsCIPK2.3、RsCIPK25、RsCIPK7.2和RsCIPK7.3中,脱落酸响应元件ABRE主要存在于RsCIPK11.1、RsCIPK6.3和RsCIPK6.1中,水杨酸响应元件TGACG-motif和CGTCA-motif主要存在于RsCIPK10.2中。RsCIPKs在萝卜不同组织中及Cd胁迫下的表达模式存在明显差异,RsCIPK7.3、RsCIPK6.1和RsCIPK26.1在果荚、花、花序、种皮、肉质根和叶片中表达量较高,而RsCIPK7.3在肉质根中表达量最高;Cd胁迫下RsCIPK7.3、RsCIPK9、RsCIPK12、RsCIPK23.4、RsCIPK21.7、RsCIPK21.4、RsCIPK3、RsCIPK16.1、RsCIPK8.1、RsCIPK5和RsCIPK1.1共11个基因在抗性材料‘西昌白’萝卜中表达量较高。利用qRT-PCR技术的验证分析结果表明,在Cd胁迫下,与敏感性材料‘红心1号’相比,RsCIPK8.1、RsCIPK5和RsCIPK9在‘西昌白’中的表达量显著增加,特别是Cd胁迫48 h和72 h时差异显著,而RsCIPK6.1、RsCIPK23.4、RsCIPK16.1和RsCIPK21.4在‘西昌白’中表达量较低,尤其RsCIPK23.4差异更为明显。综上推测CIPK家族基因在萝卜响应Cd胁迫中扮演着重要角色。本研究不仅扩展了对萝卜CIPK基因家族的认识,还为深入揭示萝卜对Cd胁迫的响应机制提供了有价值的基因资源。