玉米幼苗水分胁迫诱导基因ZmCIPK1的克隆与功能分析

【摘要】：在高等植物体内存在一类类似于酵母和动物体内钙调磷酸酶B的蛋白,简称CBL,它的靶蛋白是一类具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的蛋白,被称为CIPK(CBL-interacting protein kinase)。最近的研究表明,CBLs与CIPKs家族可能在植物对逆境应答的信号转导过程中起重要作用。 在我们实验室前期工作中,发现了一个受水分胁迫诱导表达的CIPK基因,暂时命名为ZmCIPK1,为了更好的理解ZmCIPK1在逆境应答中的作用,我们首先利用RACE和RT-PCR方法克隆到ZmCIPK1基因,扩增cDNA全长为1652bp,5’端非翻译区36bp,编码区1416bp,3’端非翻译区200bp,推测ZmCIPK1编码471个氨基酸,分子量为51KDa。利用生物信息学技术对ZmCIPK1氨基酸序列分析发现ZmCIPK1蛋白N端22-282位是蛋白激酶区,其中22-113位是酪氨酸激酶区,C端是含有NAF结构域和PPI结构域的激酶调控区。亚细胞定位预测表明该蛋白可能是一个质膜蛋白。 Southern吸印/杂交表明ZmCIPK1在玉米基因组中以两个copy形式存在。Northern吸印/杂交结果表明干旱、ABA、高盐等逆境都诱导了ZmCIPK1表达量增加,而低温条件下ZmCIPK1表达量没有变化。蛋白比对发现ZmCIPK1与拟南芥SOS2基因具有相似结构,SOS2突变体互补实验表明,盐胁迫条件下ZmCIPK1在拟南芥SOS2互补株系种子萌发过程中对SOS2起到了互补作用。 ZmCIPK1 RNAi载体转化拟南芥的转基因后代在含有不同浓度甘露醇的MS培养基上萌发明显延迟,另外在含NaCl的MS培养基上存活率下降,而在成株没有观察到明显的表型。我们还观察了超表达转基因植株在苗期萌发和成株期生长的情况,没有发现和野生型拟南芥之间存在差别。以上试验说明ZmCIPK1参与植物在苗期对干旱、盐胁迫的应答。PCR扩增ZmCIPK1编码区段,构建pET-ZmCIPK1重组质粒,转化大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导融合蛋白高效表达,可溶性分析表明诱导表达蛋白主要以不溶的包涵体形式存在。 植物在长期的进化过程中形成了一套非常完善的适应不良环境的机制,同一信号刺激能引发不同的信号传递途径,各信号途径之间存在复杂的交叉转导作用,所以在现有研究基础上彻底弄清CBLs与CIPKs之间的相互关系,对于揭示植物逆境信息传递机制具有重要意义。