全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2014, 49 (2): 139–149, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2014.00139
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收稿日期: 2013-02-04; 接受日期: 2013-08-21
基金项目: 国家重点基础研究发展计划前期专项(No.2012CB722204)、国家自然科学基金(No.30660012)、新疆自治区科技攻关重大专项
(No.200731138-3)和新疆生物资源与基因工程重点实验室开放基金(No.XJDX0201-2007-03, No.XJDX0201-2009-06)。
† 共同第一作者。
* 通讯作者。E-mail: lanhaiyan@xju.edu.cn
藜钙依赖磷酸激酶基因CaCPK的克隆及胁迫表达
陈莎莎†, 贺转转†, 姜生秀, 邢佳佳, 吕秀云, 兰海燕*
新疆大学生命科学与技术学院, 新疆生物资源基因工程重点实验室, 乌鲁木齐 830046
摘要 以耐盐植物藜(Chenopodium album)为材料, 利用同源克隆技术获得了7个CDPK基因核心序列, 并将其命名为
CaCPK1–7。随后通过RACE技术成功获得CaCPK1–3的开放阅读框(ORF)序列, 其ORF分别包含长度为1 632、1 704和
1 590 bp的核苷酸序列。CaCPK1–3分别编码由543、567和529个氨基酸残基组成的钙依赖型蛋白激酶。定量PCR实验显
示, CaCPK1–4受盐胁迫诱导明显上调表达, 随胁迫时间增加不同基因呈现各异的表达规律。对CaCPK1–3在其它非生物胁
迫下的表达分析显示, CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3的表达均受外源ABA和H2O2的调控, H2O2合成抑制剂DPI和ABA合成
抑制剂Na2WO4显著抑制300 mmol·L–1NaCl处理下CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3的表达。研究结果为揭示藜在盐胁迫信
号转导过程中CDPK基因家族的功能提供了理论依据。
关键词 藜, 盐胁迫, 信号转导途径, 钙依赖磷酸激酶, 耐盐植物
陈莎莎, 贺转转, 姜生秀, 邢佳佳, 吕秀云, 兰海燕 (2014). 藜钙依赖磷酸激酶基因CaCPK的克隆及胁迫表达. 植物学报
49, 139–149.
Ca2+在植物生长发育的整个生活史及植物对外
界生物和非生物胁迫响应过程中均起着重要作用。细
胞质Ca2+浓度的变化是植物面临环境胁迫时最早的
细胞学响应之一(McAinsh and Hetherington, 1998)。
Ca2+信号在特定信号转导系统中的传递依赖于Ca2+
感受器, 如钙调蛋白(calmodulin, CaM)和钙依赖蛋
白激酶(calcium-dependent protein kinase, CDPK)等
的协同作用。其中CDPK被认为是最具潜能的解码和
传递Ca2+信号的一类感受器(Harmon et al., 2000)。
CDPK是植物和一些原生生物所特有的一类丝氨酸/苏
氨酸蛋白激酶(Klimecka and Muszyńska, 2007), 它
作为Ca2+感受器捕获Ca2+信号并激活自身的蛋白激酶
活性。CDPK是植物细胞Ca2+感受器家族成员中最大
的一类。不同CDPK亚型受特异性Ca2+信号激活后通
过磷酸化特异的蛋白底物参与不同信号转导通路的调
节(Lee et al., 1998)。CDPK在植物根、茎、叶、花、
果实和种子中广泛存在。CDPK能以可溶性及膜结合2
种状态存在。亚细胞定位实验显示, CDPK在细胞质、
细胞核、内质网、过氧化物酶体、质膜和线粒体外膜
上均有分布(Roberts and Harmon, 1992; Harper et
al., 2004)。大量研究表明, CDPK参与多种生物和非生
物胁迫信号转导, 包括盐、旱、冷、激素和氧化胁迫
等。植物通过调节不同亚型CDPK的表达及亚细胞定
位的变化来参与不同胁迫信号转导 (Hepler and
Wayne, 1985; Bush, 1995)。在高盐环境下, 植物可通
过内质网膜上Ca2+泵调节胞质中Ca2+的平衡从而参与
盐胁迫响应(Hwang et al., 2000)。CDPK还能通过磷
酸化调控半胱氨酸合成酶的活性, 从而在植物响应抗
氧化胁迫中起作用(Liu et al., 2006)。盐胁迫下, 钙信
号通路与ABA信号通路之间存在明显的交互调控过
程。盐胁迫诱导植物体内激素ABA的合成积累主要通
过Ca2+依赖型的磷酸化信号途径调控ABA合成酶基因
的表达来实现(Xiong and Zhu, 2003)。ABA诱导活性
氧(reactive oxygen species, ROS)的产生及Ca2+与
ROS信号间的互作在ABA信号转导途径中起着至关重
要的作用(Jiang and Zhang, 2003)。
目前 , 已从拟南芥 (Arabidopsis thaliana)(Hw-
ang et al., 2000; Xu et al., 2010)、水稻(Oryza sativa)
·研究报告·
140 植物学报 49(2) 2014
(Breviario et al., 1995)和玉米(Zea mays) (Estruch
et al., 1994)等多种植物中克隆获得CDPK基因。而有
关盐生植物CDPK基因的功能研究报道较少。本研究
以广泛分布于新疆干旱荒漠区的一年生草本耐盐植
物藜(Chenopodium album)为材料, 利用同源克隆技
术从藜中获得了7个CDPK基因核心序列, 通过RA-
CE技术获得了其中3个CDPK基因全长序列, 分别命
名为CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3。对CaCPK1–3
在盐和其它非生物胁迫下的表达分析显示, CaCP-
K1、CaCPK2和CaCPK3均受盐胁迫诱导明显上调表
达 ; 而 H2O2 合成抑制剂 DPI 和 ABA 合成抑制剂
Na2WO4 显 著 抑 制 300 mmol·L–1NaCl 处 理 下
CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3的表达。本研究结果
为探索藜在受盐胁迫时其信号转导过程中CDPK基因
家族的功能提供了理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料与胁迫处理
将藜(Chenopodium album L.)的种子播种于基质为
珍珠岩:蛭石=1:3(v/v)的花盆中, 置于温室(16小时光
照 /8小时黑暗 , 相对湿度为28%–50%, 温度25–
32ºC)中培养, 每月浇1次Hoaglands营养液。为去除
干旱胁迫因素, 将生长约2个月的植株用蒸馏水浇灌
10–12小时, 用于NaCl胁迫及其它非生物胁迫处理。
处理时直接用所设浓度的溶液进行灌根。每种处理取
0.13–0.15 g叶片, 用液氮冷冻后备用。
1.2 总RNA提取
按Tiangen公司(北京)的RNAprep pure 植物总RNA
提取试剂盒说明书提取叶片总RNA。用Spectro-
photometer(Nanodrop, 日本 ) 检测 RNA 质量 : 取
OD260/OD280值为2.0。用琼脂糖凝胶电泳检测RNA完
整性: 即比较28S rRNA与18S rRNA条带亮度, 若前
者是后者亮度的2倍以上, 说明RNA完整性较好。
1.3 CDPK基因核心序列、3′和5′RACE扩增获得
全长序列
基于GenBank中已报道的114个CDPK基因的全长序


列, 用MEGA5.0软件根据核酸序列的相似性构建进
化树。选取进化树的6个分支分别经序列比对后根据
保守区域设计混合引物。用300 mmol·L–1NaCl溶液处
理植株, 12小时后采样提取总RNA用于CDPK基因的
克隆。根据TaKaRa公司(大连)反转录酶M-MLV说明
书进行反转录PCR, 获得核心片段后, 按Clontech公
司SMARTer™ RACE cDNA Amplification Kit (Cat.
No. 634923)试剂盒的操作说明对所选CDPK核心片
段的3′端和5′端进行扩增。根据试剂盒使用说明书的
要求, 对每个核心序列分别设计2–4条引物。引物序
列见附录I。
分别获得CDPK基因的核心片段、5′和3′端序列
后, 利用DNAMAN软件进行序列拼接, 最终得到全
长基因序列。利用生物信息学手段对获得序列进行比
对, 以筛选出可编码的序列, 用于基因全长扩增。
1.4 CDPK基因在盐及其它非生物胁迫下的表达
盐胁迫处理: 用300 mmol·L–1NaCl溶液处理植株0、
2、5、12和24小时。H2O2和ABA胁迫处理: 分别用
100 μmol·L–1H2O2和100 μmol·L–1ABA溶液处理植株
0、2、5、12、24和48小时。H2O2和ABA合成抑制剂
(DPI和Na2WO4)处理 : 用 ddH2O、 300 mmol·L–1
NaCl 、 10 μmol·L–1DPI 、 300 mmol·L–1NaCl+10
μmol·L–1DPI、5 mmol·L–1Na2WO4和300 mmol·L–1
NaCl+5 mmol·L–1Na2WO4溶液分别处理植株48小
时。取以上处理的幼嫩叶片0.13–0.15 g, 提取总RNA
方法同1.2节所述。设置3个重复。根据TaKaRa公司
(大连 )反转录酶M-MLV说明书进行反转录并获得
cDNA第1链。以β-actin为内参基因通过Real-time
PCR(Platinum® SYBR® Green qPCR Super-
Mix-UDG with ROX (Cat.No.C11744-100), Invitro-
gen, 美国)分析各种胁迫处理下不同时间CDPK基因
的表达。CDPK基因核心片段Real-time PCR引物见
附录I。
1.5 数据分析
数据分析和图片绘制均用GraphPad Prism 4软件。利
用One-way ANOVA进行差异显著性检验。用Tukey
多重比较法确定各样本间的差异显著水平。


陈莎莎等: 藜钙依赖磷酸激酶基因 CaCPK 的克隆及胁迫表达 141


图1 不同物种CDPK基因核酸序列的系统进化树

Figure 1 Phylogenetic tree of the nucleotide sequence of the reported CDPK genes among different plant species


2 结果与讨论
2.1 CDPK基因核心序列的获得
2.1.1 CDPK基因进化树的构建、分组及序列同源性
分析
使用MEGA5.0软件、利用UPGMA方法对来源于不同
物种的114个CDPK基因构建系统进化树, 结果如图1
所示。选取其中6个分支Group1–Group6用DNAMAN
软件进行同源性分析, 结果显示每组序列同源性均达
到70%以上(表1), 表明每组序列间保守性较强。

2.1.2 RT-PCR扩增CDPK基因核心序列及分析
在获得高质量的盐胁迫藜幼嫩叶片总RNA后, 将不
142 植物学报 49(2) 2014
表1 CDPK进化树分组及序列同源性
Table 1 The groups of CDPK evolutionary tree and sequence homology


同组混合引物进行随机组合后进行PCR扩增。结果显
示, 32种引物组合中有19对能扩增出理论大小基因片
段。选取其中9对引物获得片段的重组克隆并测序。
用DNAMAN软件对测序结果的分析显示, 通过兼并
PCR扩增共获得7个CDPK基因的核心序列 , 即
CDPK-D3、CDPK-G1-D-4、CDPK-G2b-4(CDPK-
E28)(由图2可知CDPK-G2b-4和CDPK-E28的同源性
达到了96%, 即认为是同一个序列 , 记为CDPK-
G2b-4)、CDPK-G3-4、CDPK-G5-3、CDPK-G6-1
和CDPK-G6-4。它们的同源性介于54%–76%之间(图
2)。将上述7个CDPK基因的核心序列提交GenBank
并命名为CaCPK1–CaCPK7, 同时将其在NCBI的核
酸序列数据库中进行比对。结果见表2。

2.1.3 3′和5′RACE克隆CDPK基因全长序列
基于以上核心片段序列 , 对CaCPK1、CaCPK2和
CaCPK3的3′和5′端进行扩增, 并根据测序结果对序
列进行拼接。最终成功获得3个全长序列。将上述基
因在NCBI的核酸序列数据库中进行BLAST比对。结
果见表3。
利用 PROSITE 数 据 库 (http://prosite.expasy.
org)对以上获得的3个全长序列进行分析并寻找推
测氨基酸序列上的功能基序。结果显示 , CaCPK1、
CaCPK2及CaCPK3均含有1个由259个氨基酸组成
的Ser/Thr蛋白激酶催化域S-TKc(Ser/Thr protein
kinases, catalytic domain)和4个由29个氨基酸组成
的Ca2+结合基序EF-hand (表4)。
2.2 CaCPK基因在盐及其它非生物胁迫下的表达
2.2.1 盐胁迫
藜在盐胁迫不同时间点CDPK基因表达量的定量PCR


图2 CDPK基因核心序列的同源性

Figure 2 The homology analysis of CDPK gene core nu-
cleotide sequence


检测结果显示, 在300 mmol·L–1NaCl处理下各基因表
达的总趋势为: CaCPK1和CaCPK2表现为先下降后
上升的趋势(图3A, B); CaCPK3的表达量呈先上升后
下降的趋势 (图3C); CaCPK4呈上调表达 (图3D);
CaCPK5与CaCPK6的表达规律为先下降后上升到对
照水平(图3E, F); 而CaCPK7则呈下调趋势(图3G)。其
中, CaCPK1在盐胁迫24小时被显著诱导表达; 盐胁
迫6小时CaCPK2表达量显著增高, 在12小时达到最
高; 盐胁迫处理12小时CaCPK3表达量显著增加并达
到最高, 随后下降到对照的2.5倍; CaCPK4在盐胁迫
处理24小时才被诱导明显上调表达; 但是, CaCPK5
在盐胁迫处理2小时后表达量下降, 胁迫24小时表达
量恢复到对照水平; CaCPK6在盐胁迫2小时后表达量
急剧下降到对照的1/2, 12小时后恢复到对照水平;
CaCPK7在盐胁迫至12小时, 其表达量均未发生显著
变化, 胁迫处理24小时表达量下降至对照的70%。
Group Gene name Sequence homology (%)
1 NtCPK2, SileCDPK2, StRiCDPK1, NtCPK3, CpCPK1,
PtCPK1, MtCDPK, GhCDPK1, GhCPK1
86.11
2 NtCPK11, StCDPK5, AtCPK5, PtCPK5, PtCPK6 84.80
3 LeCDPK1, StCDPK2, AtCPK33, AtCPK17, PtCPK10, AtCPK34 72.62
4 AtCPK30, RcCDPK2, AtCPK7, GhCDPK32 76.96
5 NtCPK5, RcCDPK15, MtCDPK1, PtCPK16, PtCPK18 85.55
6 PtCPK13, PtCPK23, AtCPK13, NtCPK8, AtCPK14 81.78
陈莎莎等: 藜钙依赖磷酸激酶基因 CaCPK 的克隆及胁迫表达 143
表2 7个藜CDPK基因的核心序列比对
Table 2 The alignment result of seven CDPK gene core sequences in Chenopodium album
GenBank
accession
number
Name Code Length
(bp)
The highest
matching
degree (%)
Matching species Function prediction
JQ994333 CaCPK1 CDPK-G3-4 806 80 Populus trichocarpa Calcium dependent protein
kinase 21 (CPK21)
JQ994334 CaCPK2 CDPK-G5-3 1 060 81 P. trichocarpa Calcium dependent protein
kinase 18 (CPK18)
JQ994335 CaCPK3 CDPK-G6-4 1 198 78 P. trichocarpa Calcium dependent protein
kinase 7 (CPK7)
JQ994337 CaCPK4 CDPK-D3 375 81 Vitis vinifera Similar to calmodulin-like
domain protein kinase isoen-
zyme gamma
JQ994338 CaCPK5 CDPK-G1d-4 849 80 Ricinus communis Calcium dependent protein
kinase, putative
JQ994339 CaCPK6 CDPK-G2b-4 1 402 85 P. trichocarpa Calcium dependent protein
kinase 6 (CPK6)
JQ994340 CaCPK7 CDPK-G6-1 1 217 81 P. trichocarpa Calcium dependent protein
kinase 23 (CPK23)


表3 3个CaCPK基因序列拼接和比对结果
Table 3 The splicing and alignment results of three CaCPK gene sequences
Gene
name
Total length
of cDNA (bp)
Open reading
frame length
(bp)
Total aa The highest
matching
degree (%)
Matching species Function prediction
CaCPK1 2 186 1 632 543 80 Populus trichocarpa Calcium dependent protein
kinase 21 (CPK21)
CaCPK2 2 573 1 704 567 80 P. trichocarpa Calcium dependent protein
kinase 18 (CPK18)
CaCPK3 2 633 1 590 529 78 P. trichocarpa Calcium dependent protein
kinase 7 (CPK7)


表4 CaCPK1–3功能基序位点
Table 4 The functional motif sites of CaCPK1–3
CaCPK1 CaCPK2 CaCPK3 Motif
Begin End No. of aa Begin End No. of aa Begin End No. of aa
S-TKc 95 353 259 104 364 261 53 311 259
EF-hand 400 428 29 411 439 29 358 386 29
EF-hand 436 464 29 448 476 29 394 422 29
EF-hand 472 500 29 490 518 29 430 458 29
EF-hand 507 535 29 520 548 29 466 494 29


2.2.2 H2O2和ABA胁迫
选取在盐胁迫下呈明显上调表达的CDPK基因(Ca-
CPK1–3), 采用定量PCR检测其在100 μmol·L–1
H2O2和100 μmol·L–1ABA处理下的表达。结果显示,
100 μmol·L–1H2O2处理不同时间点CaCPK1和Ca-
CPK2表达均明显下调(图4A, C); CaCPK3随着胁迫
时间的增加表达量显著增高, 在12小时达到开始时
的2倍(图4E)。100 μmol·L–1ABA处理后, CaCPK1、
CaCPK2和CaCPK3的表达量均呈现先升高后降低的
趋势, 处理24小时和48小时, CaCPK1、CaCPK2、
144 植物学报 49(2) 2014

图3 藜CaCPK基因在300 mmol·L–1NaCl胁迫下不同时间的表达
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Figure 3 The expression pattern of CaCPK genes in Chenopodium album under 300 mmol·L–1NaCl stress at different time of
treatment
Different lowercase letters represent significant difference (P<0.05).
陈莎莎等: 藜钙依赖磷酸激酶基因 CaCPK 的克隆及胁迫表达 145

图4 藜CDPK基因在H2O2和ABA胁迫下的表达
(A), (C), (E) 过氧化氢(100 μmol·L–1); (B), (D), (F) 脱落酸(100 μmol·L–1)。不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Figure 4 The expression pattern of CDPK genes in Chenopodium album under H2O2 and ABA treatment
(A), (C), (E) H2O2 (100 μmol·L–1); (B), (D), (F) ABA (100 μmol·L–1). Different lowercase letters represent significant difference
(P<0.05).


CaCPK3表达量与开始相比均显著降低(图4B, D, F)。
对ddH2O、10 μmol·L–1DPI、300 mmol·L–1NaCl、300
mmol·L–1NaCl+10 μmol·L–1DPI、5 mmol·L–1Na2WO4
和300 mmol·L–1NaCl+5 mmol·L–1Na2WO4溶液处理
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图5 藜CDPK基因在H2O2和ABA抑制剂作用下的表达
(A), (C), (E) ddH2O、300 mmol·L–1NaCl、10 μmol·L–1DPI、300 mmol·L–1NaCl+10 μmol·L–1DPI溶液处理48小时后的表达变化; (B),
(D), (F) ddH2O、300 mmol·L–1NaCl、5 mmol·L–1Na2WO4、300 mmol·L–1NaCl+5 mmol·L–1Na2WO4溶液处理48小时后的表达变化。
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Figure 5 The expression pattern of CDPK genes in Chenopodium album under treatment of H2O2 and ABA inhibitor
(A), (C), (E) The expression pattern of CDPK genes under treatment of ddH2O, 300 mmol·L–1NaCl, 10 μmol·L–1DPI, 300 mmol·L–1
NaCl+10 μmol·L–1DPI for 48 h; (B), (D), (F) The expression pattern of CDPK genes under treatment of ddH2O, 300 mmol·L–1
NaCl, 5 mmol·L–1Na2WO4, and 300 mmol·L–1NaCl+5 mmol·L–1Na2WO4 for 48 h. Different lowercase letters represent significant
difference (P<0.05).

陈莎莎等: 藜钙依赖磷酸激酶基因 CaCPK 的克隆及胁迫表达 147
48小时后CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3表达量检测
结果显示, 在300 mmol·L–1NaCl处理下CaCPK1、
CaCPK2和CaCPK3显著上调表达, 而300 mmol·L–1
NaCl和10 μmol·L–1DPI共同处理及300 mmol·L–1
NaCl和5 mmol·L–1Na2WO4共同处理下, CaCPK1、
CaCPK2和CaCPK3的表达量与对照相比无显著差异
(图5)。
2.3 讨论
CDPK是植物特有的一类丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶,
在介导植物发育信号和逆境信号转导中具有重要作
用。CDPK是一个多基因家族, 目前已从拟南芥和水
稻中分别鉴定出34和31个CDPK基因(Cheng et al.,
2002; Ray et al., 2007)。CDPK之间具有高度的同源
性, 序列分析结果显示, 拟南芥CDPK蛋白序列同源
性介于56%–96%之间(Ray et al., 2007)。系统进化分
析显示, 拟南芥中存在8组高度同源的CDPK, 同源
性为81%–95%; 水稻中存在11组高度同源的CDPK,
同源性为70.8%–99.6%(Cheng et al., 2002; Ray et
al., 2007)。通过对水稻CDPK基因结构特征的研究显
示, 各基因成员在基因长度、cDNA序列、开放阅读
框和氨基酸数量上差异较大(Wang, 2008)。目前对藜
科植物CDPK未见研究报道。本实验根据来源于不同
物种的114个CDPK基因氨基酸序列构建了6个分支
的进化树, 进而按不同分支设计混合引物并扩增获得
了藜的 7个CDPK基因核心序列 , 最终获得 3个
CaCPK基因的开放阅读框序列。各基因在cDNA序列
和长度、氨基酸数量、功能域的数量和位置上均较为
保守。对氨基酸序列及功能基序的分析显示 ,
CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3均含有CDPK蛋白的
典型结构特征, 包括Ser/Thr蛋白激酶S-TKc催化结
构域及4个Ca2+结合基序 (EF-hand)。在植物中 ,
CDPK具有明显的结构特征, 即从蛋白质的N端到C
端, 存在4个典型的区域, 分别为N末端可变区、蛋白
激酶结构域、自抑区和类钙调蛋白结构域(Weljie et
al., 2000)。这对于其正确行使功能至关重要。
CDPK是植物信号转导通路中重要的传递体, 逆
境胁迫诱发植物细胞质中Ca2+浓度振荡变化产生特
异性Ca2+信号。激活分布于亚细胞水平的特定CDPK
组分, 进一步使CDPK作用的底物发生磷酸化作用,
由此使各种Ca2+信号通过各自特定的通路向下游传
递诱发胁迫耐受响应。盐胁迫下CDPK通过不同的信
号途径参与调节气孔运动、离子通道活性及激活盐胁
迫响应基因的表达来调节植物对盐的耐受性(Keller
et al., 1998; Pei et al., 2000; Murata et al., 2001;
Jiang and Zhang, 2003)。研究显示, 拟南芥中的
CDPK1、CDPK2、CDPK11、CDPK12和CDPK23
均参与盐胁迫诱导(Klimecka and Muszyńska, 2007;
Ma and Wu, 2007); 水稻中有4个CDPK受盐和低温
胁迫诱导(Wan et al., 2007)。本研究利用定量PCR检
测了7个CaCPK基因在盐胁迫下的表达规律, 结果表
明CaCPK1、CaCPK2、CaCPK3和CaCPK4可能作
为正调控因子通过不同的方式参与藜盐胁迫信号转
导诱发耐盐生理响应。
大量的研究表明, 外源ABA和H2O2能调控部分
CDPK基因家族成员的表达。对小麦(Triticum aes-
tivum)不同非生物胁迫下CDPK基因表达分析显示, 7
个CDPK基因的表达受外源ABA的调控, 8个CDPK基
因的表达受外源H2O2的调控, 其中4个CDPK基因受
外源ABA和H2O2的共同调控(Li et al., 2008)。外源
ABA能诱导葡萄(Vitis vinifera)CaCPK1的表达且具
有时间和浓度依赖性(Yu et al., 2006)。本研究分析显
示, 在外源ABA和H2O2处理下, CaCPK1、CaCPK2
和CaCPK3的表达均受外源ABA和H2O2的影响。由此
推测CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3可能参与盐胁迫
下H2O2及ABA信号转导。在外源ABA处理下 , Ca-
CPK1、CaCPK2和CaCPK3的表达量在2小时达到最
高, 随着处理时间的延长表达量显著降低可能与植物
中ABA积累的浓度效应有关, 具体原因有待进一步验
证。
盐胁迫下, 钙信号通路、ABA信号通路和ROS信
号之间存在明显的相互调控效应。盐胁迫通过Ca2+
依赖型的磷酸化信号途径调控ABA合成酶基因的表
达来诱导ABA的积累(Xiong and Zhu, 2003)。ABA诱
导产生H2O2通过激活选择性Ca2+通道Ica的活性来调
节保卫细胞质中Ca2+的摄入(Hamilton et al., 2000)。
由ABA诱导产生的 IP3通过调节液泡和内质网膜上
Ca2+释放通道的活性来调节Ca2+的排出(MacRobbie,
1998)。由此产生的Ca2+信号进一步诱导产生ROS,
Ca2+通过激活特异性的CDPK调控NADPH氧化酶的
活性参与调控细胞中ROS的水平(Keller et al., 1998;
Murata et al., 2001)。本研究中, 外源添加H2O2合成
148 植物学报 49(2) 2014
抑制剂DPI和ABA合成抑制剂Na2WO4显著抑制300
mmol·L–1NaCl处理下CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3
的表达, 进一步证明盐胁迫诱导产生的ABA和H2O2
可能参与调控CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3的表达。
对于盐胁迫下CaCPK1、CaCPK2和CaCPK3参与的
信号转导通路以及它们与ABA信号通路及ROS信号
的交互作用网络, 还有待深入研究。
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Cloning and Expression Analysis of Calcium-dependent Phos-
phokinase Genes in Chenopodium album Under Stresses
Shasha Chen†, Zhuanzhuan He†, Shengxiu Jiang, Jiajia Xing, Xiuyun Lü, Haiyan Lan*
Xinjiang Key Laboratory of Biological Resources and Genetic Engineering, College of Life Science and Technology, Xinjiang
University, Urumqi 830046, China
Abstract By homology cloning, we obtained the core sequences of 7 calcium-dependent protein kinase (CDPK) genes,
CaCPK1 to CaCPK7, from salt-tolerant Chenopodium album. Quantitative real-time PCR revealed that CaCPK1,
CaCPK2, CaCPK3 and CaCPK4 were significantly induced by salt stress with different patterns. The expression pattern of
CaCPK1, CaCPK2 and CaCPK3 was also changed in C. album under both H2O2 and abscisic acid (ABA) stresses. Di-
phenylene iodonium (DPI, inhibitor of H2O2 synthesis) and sodium tungstate (Na2WO4, inhibitor of ABA synthesis) sig-
nificantly inhibited the expression of CaCPK1, CaCPK2 and CaCPK3 on exposure to 300 mmol·L–1NaCl. We obtained the
full-length sequences of 3 CDPKs―CaCPK1, CaCPK2 and CaCPK3―by 3′- and 5′-RACE, which contain open reading
frames of 1 632, 1 704, and 1 590 bp, respectively. The production of ABA and H2O2 induced by salt may be involved in
induction of CaCPK1, CaCPK2 and CaCPK3, facilitating the analysis of the function of CDPK gene family in C. album.
Key words Chenopodium album, salt stress, signal transduction pathway, calcium-dependent phosphokinase,
salt-tolerant plant
Chen SS, He ZZ, Jiang SX, Xing JJ, Lü XY, Lan HY (2014). Cloning and expression analysis of calcium-dependent
phosphokinase genes in Chenopodium album under stresses. Chin Bull Bot 49, 139–149.
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† These authors contributed equally to this paper.
* Author for correspondence. E-mail: lanhaiyan@xju.edu.cn
(责任编辑: 白羽红)


附录I 引物序列
Appendix I Primer sequences
http: //www.chinbullbotany.com/fileup/PDF/13-030-1.pdf