全 文 ：园艺学报，2016，43 (4)：704–714.
Acta Horticulturae Sinica
704 doi：10.16420/j.issn.0513-353x.2015-0851；http：//www. ahs. ac. cn
收稿日期：2016–01–25；修回日期：2016–04–18
基金项目：国家自然科学基金项目（31372087）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：xhchen@yzu.edu.cn）
黄瓜钙依赖性蛋白激酶基因CsCDPK5的克隆及
响应淹水胁迫的表达分析
许学文，季 晶，陆 璐，齐晓花，陈学好*
（扬州大学园艺与植物保护学院，江苏扬州 225009）
摘 要：通过对黄瓜耐涝品系 Zaoer-N 和不耐涝品系 Pepino 淹水处理 72 h 后发现，Zaoer-N 下胚轴
平均可生成 24.6 条不定根，而 Pepino 平均仅能生成 1.5 条不定根，两者差异显著。从上述两个品种中克
隆了钙依赖性蛋白激酶基因 CsCDPK5 的全长，两者序列完全一致，全长均为 1 887 bp，编码 629 个氨基
酸，预测其编码蛋白质分子量为 59.17 kD，理论等电点为 5.65。亚细胞定位预测表明 CsCDPK5 定位于细
胞质。Zaoer-N 和 Pepino 启动子相似度为 99%，有 14 个碱基位点的差异，两者均含有与激素信号及低氧
胁迫响应相关的顺式作用元件，而诱导子激活元件 AT-rich sequence 和功能未知元件 F-box 为 Zaoer-N 所
特有的启动元件。qRT-PCR 结果表明：（1）CsCDPK5 在黄瓜下胚轴中的表达量最高；（2）淹水条件下，
Zaoer-N 和 Pepino 下胚轴中 CsCDPK5 的相对表达量均呈现先上升后下略有降，之后又上升的趋势，且
Zaoer-N 中的表达量大于 Pepino；（3）根和叶中 CsCDPK5 的相对表达量无明显规律性；（4）在使用乙烯
竞争性抑制剂 1-MCP 预处理后，淹水条件下 Zaoer-N 下胚轴不定根形成被抑制，CsCDPK5 的表达与非淹
水对照亦无明显差异。综上所述，黄瓜 CsCDPK5 为淹水胁迫响应基因，可能参与黄瓜淹水后下胚轴不定
根的形成过程。
关键词：黄瓜；淹水胁迫；不定根；CDPK
中图分类号：S 642.2 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2016）04-0704-11

Cloning and Expression Analysis of Cucumis sativus Calcium-dependent
Protein Kinase 5 Gene（CsCDPK5）Under Waterlogging Stress
XU Xue-wen，JI Jing，LU Lu，QI Xiao-hua，and CHEN Xue-hao*
（School of Horticulture and Plant Protection，Yangzhou University，Yangzhou，Jiangsu 225009，China）
Abstract：Significant difference in adventitous root number（ARNs）was found between waterlogging
tolerant line Zaoer-N and waterlogging sensitive line Pepino after 72 hours of waterlogging treatment，the
average number of ARNs generated in Zaoer-N was 24.6，but only 1.5 in Pepino. Cucumis sativus
calcium-dependent protein kinase 5（CsCDPK5）was cloned from the two lines，which shared a sequence
identity of 100%，the length of CsCDPK5 was 1 887 bp，and encoded 629 amino acids. It was predicted
that the molecular mass of this protein was 59.17 kD，and pI was 5.65. CsCDPK5 protein was predicted to
be localized in cytoplasm. The two lines shared a sequence identity of 99% in promoter sequence，and

许学文，季 晶，陆 璐，齐晓花，陈学好.
黄瓜钙依赖性蛋白激酶基因 CsCDPK5 的克隆及响应淹水胁迫的表达分析.
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include 14 single nucleotide polymorphisms. Both of the two lines contained cis-acting regulatory
elements essential for phytohormone and anaerobic induction，whereas AT-rich sequence and F-box were
special in Zaoer-N. The results of quantitative real-time PCR showed that： (1) CsCDPK5 was
predominantly expressed in hypocotyls；(2) CsCDPK5 transcripts were upregulated at the beginning
followed a slight down regulated in both hypocotyls of Zaoer-N and Pepino during waterlogging
treatment，but higher in the former than latter；(3) CsCDPK5 transcripts were irregular in roots and leaves
of both lines；(4) compared with controls，no significant changes were observed in CsCDPK5 transcripts
when pretreatment with 1-MCP. In conclusion，CsCDPK5 is a waterlogging responsive gene and
significant difference in transcripts were observed in hypocotyls of Zaoer-N and Pepino during
waterlogging，and might play an important role in waterlogging-induced adventitious root formation.
Key words：cucumber；waterlogging stress；adventitious root；CDPK

黄瓜（Cucumis sativus L.，2n = 14）具有喜湿但不耐涝的特性，其根系入土浅，吸收能力弱（范
双喜 等，1997；Xu et al.，2014），耐涝性改良是黄瓜育种中需解决的问题之一。分离鉴定耐涝基因
并研究其功能，利用现代分子生物学手段创新种质和选育耐涝品种是缓解涝胁迫危害，生产优质黄
瓜的有效途径。
淹水对植物的影响涉及生理生化多个方面（徐芬芬 等，2005；Perata & Voesenek，2007；Vidoz
et al.，2010；Qi et al.，2011；潘澜和薛立，2012；Trobacher et al.，2013）。高等植物在长期进化过
程中形成了以下应适应机理：（1）形成不定根、通气组织等，加速氧气向受淹胁迫的组织输送（Visser
et al.，1996）；（2）调节碳代谢以避免有毒物质形成和积累；（3）保持较低代谢消耗速率；（4）诱导
相关基因表达和蛋白活化（谢云韵 等，2013）等。不定根的形成是植株耐涝性的重要指标，对提高
淹水植株耐受性具有重要作用，它代替了由于淹水导致的初生根死亡，缓解无氧呼吸对植株所造成
的毒害（Yoshiro et al.，2005）。不定根形成涉及下胚轴表皮细胞的程序性死亡，细胞分裂、分化及
伸长，是一个受到内外因素共同影响的结果（Wei et al.，2014）。在复杂的形成机制中，受生长素与
乙烯信号诱导且参与细胞的分裂与分化的钙依赖性蛋白激酶（Calcium-Dependent Protein Kinase，
CDPK）是参与不定根形成信号通路中的重要信号转导体（Lanteri et al.，2006，2008）。CDPK 是
植物和一些原生生物所特有的一类丝氨酸/苏氨酸型的蛋白激酶，干旱、寒冷、低渗透和激素等多种
因子都能引起 CDPK 的 mRNA 的特异积累（Xu et al.，2015）。继首次在大豆中分离出 CDPK 的 cDNA
序列后（Harper et al.，1991），编码 CDPKs 的基因已在拟南芥、玉米、水稻、绿豆、胡萝卜、烟草、
马铃薯、草莓和美洲南瓜等多种作物中被克隆（Kawasaki et al.，1993；Raices et al.，2001；Llop-Tous
et al.，2002）。CDPKs 是由多基因家族编码合成（Harmon et al.，2001），拟南芥中有 34 个 CDPKs
（The Arabidopsis Genome Initiative，2000），水稻有 27 个 CDPKs（Goff et al.，2002）。
CDPK 广泛参与植物非生物及生物胁迫响应调控过程，如拟南芥 AtCPK6 过表达可提高相关抗
逆基因的表达量、脯氨酸及丙二醛的含量；水稻 OsCDK12 过表达可提高过氧化氢酶、活性氧自由
基的积累；番茄 LeCPK2 参与病菌及机械损伤的胁迫诱导过程。典型的 CDPK 蛋白是由一条多肽链
组成，分子量在 45 ~ 72 kD 间，包括 N 端激酶催化区、中间高度保守的连接区以及 C 端调控区的 3
个功能区。已报道黄瓜 5 个 CDPK CsCDPK1 ~ CsCDPK 5（Ullanat & Jayabaskaran，2002；Kumar et
al.，2004），其中 CsCDPK5 是唯一具有代表性的 CDPK 全长 cDNA，其氨基酸序列含有传统 CDPKs
家族的全部结构特征，包含氨基末端的催化丝氨酸/苏氨酸激酶区域和羧基末端的 4 个被公认的 Ca2+
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Cloning and expression analysis of Cucumis sativus calcium-dependent protein kinase 5 gene（CsCDPK5）under waterlogging stress.
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结合 EF 手型结构（Kumar et al.，2004）。在黄化的黄瓜子叶中，使用光照、BA、脱落酸 ABA、赤
霉素 GA 或生长素 IAA 处理均可以诱导 CsCDPK5 的表达量上升（Kumar et al.，2004）。
本实验室通过对大量不同生态类型黄瓜资源进行耐涝性鉴定，筛选出耐涝品系 Zaoer-N 和不耐
涝品系 Pepino（齐晓花 等，2011）。淹水处理后发现这两个品种不定根形成能力具有显著差异。然
而，黄瓜应对涝胁迫而形成不定根的过程是否也受到 CDPK 的调控尚待探明。本研究中以 Zaoer-N
和 Pepino 为材料克隆黄瓜 CsCDPK5，并分析了该基因的组织特异性表达及响应淹水胁迫的表达模
式，旨在为明确其在淹水条件下黄瓜不定根形成过程中的具体功能奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料与处理
供试材料为黄瓜耐涝品系 Zaoer-N 和不耐涝品系 Pepino。2013 年 4 月 10 日在扬州大学园艺与
植物保护学院实验农场日光温室中，采用 50 孔穴盘育苗，待幼苗长至三叶一心期（5 月 2 日）进行
淹水胁迫处理。将长势一致的幼苗分为两批，其中一批置于密闭玻璃缸中使用 100 mg · L-1 1-MCP
（1-methylcyclopropene，1–甲基环丙烯，乙烯的竞争性抑制剂）黑暗预处理黄瓜幼苗，另一部分
置于密闭玻璃缸中不加 1-MCP 黑暗预处理。12 h 后取出幼苗进行淹水处理，水位保持在高出基质表
面 3 ~ 4 cm（第 1 片真叶基部），并分别在涝胁迫处理 0、2、4、8、12、24、48 和 72 h 取两个品系
处理组和对照组的总根系、下胚轴和叶片组织，迅速置于液氮后–80 ℃保存。取 Zaoer-N 植株的根、
下胚轴、叶、花、果实和卷须迅速置于液氮后–80 ℃保存，用于组织特异表达试验。
1.2 不定根形成数量统计
淹水胁迫处理 72 h 后，统计育苗基质以上至第 1 片真叶基部（水面）以下的下胚轴部分不定根
总数，不定根原基凸起并伸长的作为有效统计对象，只有凸起没有伸长的不作为统计对象。
1.3 DNA、RNA 提取及 cDNA 第一链的合成
DNA 提取采用参照汤文开等（2007）的改良 CTAB 法。RNA 抽提试剂为宝生物公司生产的
TaKaRa RNAiso Reagen 提取剂。按其操作说明进行黄瓜组织的 RNA 提取及纯化，并加入适量 DEPC
水溶解。使用Eppendorf Biophotometer分光光度计对RNA浓度进行定量，按比例计算并添加将DEPC
水，使得 RNA 浓度都为 1 000 ng · μL-1。
cDNA 第一链的合成采用宝生物公司生产的 PrimerScriptRT reagent Kit（Perfect Real Time）试剂
盒。在 0.2 mL PCR 管中加入以下试剂：8 μL 5× PrimerScript Buffer（for Real-Time）、2 μL PrimerScript
RT Enzyme MixⅠ、2 μL Oligo dT Primer（50 μmol · L-1）、2 μL Random 6 mers（100 μmol · L-1）、2 μL
样品总 RNA，加 RNase Free dH2O 至 40 μL，混合以上各组分并稍离心；37 ℃反应 15 min，然后 85
℃保存 5 s 以失活反应酶，将反应管置于 4 ℃上终止 cDNA 一链反应，最后将产物置于–40 ℃冰箱
保存备用。
1.4 CsCDPK5 全长及启动子克隆
根据 GenBank 中已公布的黄瓜 CsCDPK5 全长序列（NM_001280785.1）设计引物 CsCDPK5-F1
和 CsCDPK5-R1。以 Zaoer-N 和 Pepino 下胚轴组织反转录获得的 cDNA 为模板进行 CsCDPK5 的全
长扩增。PCR 产物经回收、纯化，与 pMD18-T Vector 连接，转化 DH5α 感受态细胞，蓝白斑筛选
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表 1 基因克隆与 qRT-PCR 表达引物序列
Table 1 Primer sequence used in gene cloning and qRT-PCR
引物 Primer 序列（5′→3′） Sequence
CsCDPK5-F1 ATGGGAAACTGTAGTGGCCTG
CsCDPK5-R1 TCATTTTTGCCGTCTGGTTG
CsCDPK5-F2 TTATAAAATATAAAAAAATATTACT
CsCDPK5-R2 GGAAAGGCAATCAGGAAT
CsCDPK5-R3 AGGTGGCTCAACTCAAAT
Actin F TGGACTCTGGTGATGGTGTTA
Actin R CAATGAGGGATGGCTGGAAAA

后送 TaKaRa 生物工程公司测序。利用 DNAMAN 软件将序列结果与黄瓜基因组中已公布的黄瓜
CsCDPK5 全长序列比对。将克隆获得的 CsCDPK5 的 cDNA 全长序列与黄瓜 9930V2 基因组数据库
进行比对，从而获得其上游 1 500 bp 启动子序列，并以此为设计克隆引物 CsCDPK5-F2 和 CsCDPK5-
R2，以 Zaoer-N 和 Pepino 的全基因组 DNA 为模板，进行 CsCDPK5 基因的启动子扩增。
1.5 荧光定量 PCR
根据已经克隆出的 CsCDPK5 基因序列，
利用 Primer 5.0 软件设计一对荧光定量表达引
物 CsCDPK5-F2 和 CsCDPK5-R2（表 1），以
Actin 为内参基因，具体操作步骤参考 SYBR
Premix Ex TaqTM kit（TaKaRa）试剂盒进行。
25 μL 反应体系中加入 SYBR Premix Ex TaqTM
（2×）12.5 μL，上游引物（10 μmol · L-1）1.0 μL，
下游引物（10 μmol · L-1）1.0 μL，cDNA 2.0 μL，
ddH2O 8.5 μL。荧光定量 PCR 反应条件：95 ℃
预变性 10 min，95 ℃变性 15 s，56 ℃退火 15 s，65 ℃延伸 10 s，35 次循环，每次循环第 3 步进行
荧光采集。定量 PCR 结果采用 2-∆∆Ct 分析法。
本文中所有数据为 3 次重复的平均值 ± 标准误，用 Excel 2003 进行数据处理、ANOVA 法进行
统计分析，邓肯氏法进行差异显著性检验（P < 0.01），用 Excel 软件完成图形的制作。
2 结果与分析
2.1 淹水后黄瓜下胚轴不定根数统计
Zaoer-N 和 Pepino 在淹水处理前及未淹水对照组中下胚轴均无不定根或不定根形成。淹水 72 h
后，Zaoer-N 下胚轴平均形成 24.6 条不定根，Pepino 只形成 1.5 条不定根（图 1，表 2），而使用乙













图 1 淹水条件下黄瓜下胚轴不定根形成观察
Fig. 1 Observation of adventitious root formation in hypocotyls of cucumber during waterlogging stress
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表 2 淹水 72 h 后黄瓜下胚轴不定根数量统计
Table 2 Quantity statistics of adventitious roots numbers
after 72 h of waterlogging
品种
line
处理
Treatment
不定根数
Adventitious
root number
淹水 Waterlogging 24.6 ± 4.5 a Zaoer-N
1-MCP + 淹水 1-MCP + waterlogging 0.8 ± 0.2 b
Pepino 淹水 Waterlogging 1.5 ± 0.7 b
1-MCP + 淹水 1-MCP + waterlogging 1.1 ± 0.4 b
注：不同小写字母代表差异显著。
Note：Lowercase in the figure indicate significant differences.
烯竞争性抑制剂 1-MCP 预处理 12 h 再淹水 72
h 后两者下胚轴不定根形成数分别为 0.8 和 1.1
条，表明 1-MCP 可以抑制淹水胁迫下不定根的
形成。
2.2 黄瓜 CsCDPK5 全长 cDNA 克隆与进化分
析
使用CsCDPK5-F1和CsCDPK5-R1为克隆
引物，经 PCR 扩增及 Sanger 测序获得了
Zaoer-N 和 Pepino 的全长 cDNA，两者序列全
长均为 1 887 bp，且两个品种间的相似度为
100%。利用 DNAMAN 5.2.2 软件对 CsCDPK5 进行序列分析发现，该基因含有一个编码 629 个氨基
酸的的完整阅读框，包括起始密码子和终止密码。将该 cDNA 序列在 NCBI 网站中进行同源性
BLAST 比对，发现其与其他物种的 CDPK 具有较高的相似性，与双子叶植物大豆（XM003525313.1）
的相似度达到 80%，与山葡萄（KF042355.1）的相似度为 78%，与番茄（XM004244574.1）的相似
度稍低，为 75%（图 2）。














图 2 黄瓜 CsCDPK5 核苷酸序列系统进化分析
Fig. 2 Phylogenetic analysis of CsCDPK5

2.3 黄瓜 CsCDPK5 编码蛋白序列分析
Protparam 在线预测结果显示：CsCDPK5 蛋白分子式 C2622H4123N721O793S23，由 20 种氨基酸组成，
其中含量最高的氨基酸为亮氨酸 Leu（9.1%），含量最低的为色氨酸 Trp（0.8%），酸性氨基酸（Asp +
Glu）总数为 81 个，碱性氨基酸（Arg + Lys）总数为 64 个，预测相对分子量约为 59.17 kD，理论
等电点为 5.65，总平均亲水性（GRAVY）为–0.403，不稳定指数 40.33，推测其属于不稳定亲水性
蛋白。利用 SMART（http：//smart.embl-heidelberg.de/）软件分析 CDPK 基因编码蛋白的活性位点，
发现该蛋白存在 1 个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶结合区（Serine/Threonine protein kinase domain），4 个
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EF 手型钙结合区（EF-hand calcium-binding domain）。运用 TMHMM Server v.2.0 预测 CsCDPK5 蛋
白无跨膜区域。用 SignalP 4.1 Server 分析结果说明该蛋白不含信号肽。使用 PSORT WWW Server
中的 PSORT PredictionⅡ 工具进行细胞定位预测，结果表明：CsCDPK5 蛋白在细胞质中的可能性
为 65%，在溶酶体中的可能性为 10%，在线粒体基质中可能性为 10%，在细胞膜的可能性均为 10%。
前面已分析得到该蛋白不含有跨膜区域和信号肽，不能穿过膜结构，所以该蛋白在线粒体及细胞膜
中的可能性为零。因此推测 CsCDPK5 蛋白存在于细胞质中。
2.4 启动子克隆及顺式作用元件分析
以 Zaoer-N 和 Pepino 的全基因组 DNA 为模板，使用 CsCDPK5-F2 和 CsCDPK5-R2 为克隆引物
获得了 Zaoer-N 和 Pepino 的启动子序列，两者序列全长均为 1 500 bp，相似度为 99%，有 14 个碱基
差异（图 3）。经 PlantCARE 预测，克隆获得的两个品系的该基因启动子区域均含有多个与激素响
应相关的元件：赤霉素响应元件 GARE-motif、生长素响应元件 AuxRR-core、水杨酸响应元件
TCA-element、乙烯响应元件 ERE、脱落酸响应元件 ABRE（表 3）。上述结果表明：CsCDPK5 可
能参与赤霉素、生长素、水杨酸、乙烯和脱落酸对植物生长发育的调控过程。另外，在上游序列中
还发现了两个与抗逆相关的元件，分别为低氧响应元件 ARE 和高温响应元件 HSE，表明其也有可
能参与低氧及高温胁迫响应。此外，Zaoer-N 中 CsCDPK5 所特有的启动元件为诱导子激活元件
AT-rich sequence 和功能未知的 F-box。





















图 3 Zaoer-N 与 Pepino 中 CsCDPK5 启动子序列比对
Fig. 3 Nucleotide sequence alignment of CsCDPK5 in Zaoer-N and Pepino
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图 4 CsCDPK5 基因的组织特异表达
图中不同小写字母代表相对表达量差异显著。
Fig. 4 Tissue special expression of CsCDPK5
Lowercase in the figure indicate significant differences of
the relative expression level among different tissues.


表 3 CsCDPK5 上游调控序列重要顺式作用元件分析
Table 3 Important cis-acting regulatory elements in the upstream regulatory sequences of CsCDPK5
顺式作用元件
cis-acting
element
序列
cis-acting element
sequence
位点功能
Function of cis-acting element
起始位点
Start site
终止位点
Terminal site
GARE-motif AAACAGA 赤霉素响应元件
Gibberellin-responsive element
–1413 –1406
AuxRR-core GGTCCAT 生长素响应元件
cis-acting regulatory element involved in auxin responsiveness
–1195 –1188
HSE AAAAAATTTC 高温响应元件
cis-acting element involved in heat stress responsiveness
–583 –573
TCA-element CCATCTTTTT 水杨酸响应元件
cis-acting element involved in salicylic acid responsiveness
–469 –459
ARE TGGTTT 低氧响应元件
cis-acting regulatory element essential for the anaerobic induction
–445 –439
ERE ATTTCAAA 乙烯响应元件
Ethylene-responsive element
–351 –343
ABRE GCAACGTGTC 脱落酸响应元件
cis-acting element involved in the abscisic acid responsiveness
–281 –271

2.5 CsCDPK5 在黄瓜中的表达分析
为了研究 CsCDPK5 在黄瓜不同生长发育
阶段中可能的作用，以 Zaoer-N 为研究材料，
分别于三叶一心期取根、茎、叶及坐果时期的
雄花、果实及卷须，研究其在不同组织中表达
情况。CsCDPK5 在各个组织中均有表达，但差
异较大。在下胚轴中的表达量显著高于其他组
织，在根、雄花及果实中相对表达量则较低（图
4）。
为了研究 CsCDPK5 在淹水条件下不定根
形成过程中的表达规律，选取淹水处理后不同
时间点 Zaoer-N 和 Pepino 的根、下胚轴及叶片
组织进行了 qRT-PCR 分析。结果显示：（1）淹
水条件下 CsCDPK5 的相对表达量根及叶中无
规律性；（2）Zaoer-N 和 Pepino 下胚轴中的
CsCDPK5 快速响应涝胁迫，在淹水 4 h 后该基
因在耐涝品系 Zaoer-N 中的表达量即达到对
照水平的 7.8 倍，在 12 h 虽呈下降趋势但仍高
于 Pepino，在 12 ~ 72 h 内该基因表达均略有上升，且 Zaoer-N 中的表达量始终明显高于 Pepino（图
5）。
上述结果表明：耐涝品系 Zaoer-N 在淹水条件下不定根形成过程中，下胚轴内 CsCDPK5 急剧
升高，并在 4 h 达到最高值，而不耐涝品系 Pepino 下胚轴内该基因的相对表达量则较低。


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图 5 Zaoer-N 和 Pepino 根、下胚轴和叶中 CsCDPK5 在淹水胁迫下的表达水平
Fig. 5 Expression pattern of CsCDPK5 in waterlogged roots，hypocotyls and leaves of Zaoer-N and Pepino

为进一步明确 CsCDPK5 参与淹水条件下黄瓜不定根形成过程，使用 1-MCP 预处理待淹水的黄
瓜幼苗，观察不定根形成被抑制过程中该基因的表达变化。由图 6 可知，在使用 1-MCP 预处理 12 h
后再淹水处理的 CsCDPK5 的表达与不淹水间无明显差异。该结果表明：CsCDPK5 的表达与淹水胁
迫下黄瓜下胚轴不定根形成密切相关。













图 6 1-MCP 预处理后 CsCDPK5 在淹水胁迫下黄瓜下胚轴中的表达
Fig. 6 Relative expression of CsCDPK5 under waterlogging stress combining with 1-MCP pretreatment
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3 讨论
氧气在水中的扩散速率只有在空气的千分之一，因而缺氧是植物淹水条件下受伤的最主要原因
（Sairam et al.，2008）。水稻、大豆等作物可以通过形成不定根以代替因涝胁迫所导致的初生根死
亡，从而维持受涝组织内氧气的吸收与扩散，减轻无氧呼吸对植株的伤害（Kim et al.，2015）。本
研究中黄瓜 Zaoer-N 和 Pepino 在淹水胁迫条件下植株下胚轴不定根形成数量的极显著差异是这两个
品种耐涝性差异的重要原因，Zaoer-N 淹水 72 h 后下胚轴部分平均形成 24.6 条不定根，而不耐涝品
系 Pepino 只有 1.5 条不定根，当这些不定根伸长靠近水面时，Zaoer-N 则更易获得氧气并缓解厌氧
胁迫所产生的伤害，因此表现出耐涝特征（Voesenek & Bailey-Serres，2015）。
CsCDPK5 克隆结果表明：CsCDPK5 的 cDNA 序列在 Zaoer-N 和 Pepino 间完全一致，即不存在
碱基位点上的变异而导致的氨基酸序列变化对基因表达或功能产生的影响。CsCDPK5 与其他作物的
CDPK 基因进行系统进化分析表明：该基因在植物中较为保守，这为在其他仍未公布基因组序列的
作物中克隆 CDPK 基因鉴定了基础。启动子序列的差异亦是影响基因表达或功能的原因之一，为此
本研究进一步克隆了 Zaoer-N 和 Pepino 的启动子序列，经比对后共发现有 14 个碱基的差异，使用
PlantCARE 预测发现 Zaoer-N 中 CsCDPK5 所特有的启动元件为诱导子激活元件 AT-rich sequence 和
功能未知的元件 F-box，其余与 Pepino 一致。两个品种间 CsCDPK5 启动子区域均存在低氧响应元
件 ARE，表明 CsCDPK5 可能受到低氧胁迫的诱导。Kumar 等（2004）利用 Northern 杂交技术检测
到 CsCDPK5 在黄瓜真叶、子叶、雄花、下胚轴和根中均有表达，其中真叶和下胚轴表达量较高。
本研究利用 qRT-PCR 也检测到 CsCDPK5 存在明显的组织结构特异性，在下胚轴的表达量最高，说
明其可能参与下胚轴的发育过程。前人研究发现淹水 5 h 后水稻与马铃薯根系中多个 CDPK 基因均
上调表达（Otsuka et al.，2010）。本研究中淹水处理后 Zaoer-N 和 Pepino 下胚轴中 CsCDPK5 的相
对表达量急剧上调，并在处理 4 h 后达到最高值，分别达到对照的 7.8 倍和 3.4 倍，表明 CsCDPK5
为黄瓜淹水胁迫响应基因，而两品种间相对表达量的差异可能是不定根形成能力的显著差异的原因。
乙烯为影响不定根形成的关键激素（Vidoz et al.，2010）。使用外源乙烯处理可以加速天竺葵
插条不定根形成，而使用乙烯竞争性抑制剂 1-MCP 处理则明显抑制其不定根的形成（Rapaka et al.，
2008）。本研究中发现使用 1-MCP 预处理可以淹水胁迫下 Zaoer-N 下胚轴不定根形成，表明乙烯信
号转导途径也影响淹水胁迫条件下黄瓜下胚轴不定根的形成。淹水后下胚轴 CsCDPK5 的表达也趋
于未淹水对照，揭示了该基因参与淹水胁迫下不定根形成过程。然而 CsCDPK5 是如何参与不定根
的形成过程尚未见报道。1-MCP 能不可逆的与乙烯受体结合而阻断与乙烯的正常结合，从而阻断乙
烯信号转导路径（许学文，2013）。Vidoz 等（2010）利用乙烯突变体与生长素突变体的研究表明，
淹水后番茄下胚轴快速合成乙烯，乙烯通过乙烯信号转导通路进而调控生长素向下胚轴部分运输并
积累，从而诱导下胚轴内细胞脱分化产生新的分生组织而形成不定根（Visser et al.，1996；Steffens
et al.，2009）。本实验室前期采用高通量基因表达谱测序法分析了淹水后 Zaoer-N 的基因表达变化
（Qi et al.，2012），也证实了生长素受体基因为上调表达，表明生长素在黄瓜下胚轴中积累并发挥
作用。而生长素已被证实具有影响 CDPKs 表达和酶活性的功能，如烟草叶片使用生长素处理可以
明显诱导了 NtCDPK1 的表达（Yoon et al.，1999），使用生长素处理黄瓜下胚轴 24 h 即可诱导一个
50 kD 的 CDPK 蛋白形成（Lanteri et al.，2006）。结合上述研究可以推测：淹水可能是通过诱导 Zaoer-N
下胚轴释放乙烯并通过其信号转导通路加速了生长素的运输并在下胚轴中积累，从而导致了
CsCDPK5 相对表达量的上升，进而加速其下胚轴细胞的分裂并最终形成不定根。
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