全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2016, 42(2): 295302 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由山西省基础研究项目(2015011071), 山西省生物工程重点实验室开放基金项目和山西省农业科学院科技自主创新能力提升工
程项目(2015ZZCX-09)资助。
This study was supported by the grants from Natural Science Foundation of Shanxi Province (2015011071), the Key Laboratory Open Fund
Project of Bio-engineering in Shanxi Provincial, and the Enhance Technology Independent Innovation Ability Project in Shanxi Academy of
Agricultural Sciences (2015ZZCX-09).
* 通讯作者(Corresponding author): 梁爱华, E-mail: aliang@sxu.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: yuailimail@126.com
Received(收稿日期): 2015-07-20; Accepted(接受日期): 2015-11-20; Published online(网络出版日期): 2015-12-07.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20151207.1121.018.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2016.00295
两个谷子 CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析
余爱丽 1,2 赵晋锋 1,2 王高鸿 2 杜艳伟 2 李颜方 2 张 正 2
郭二虎 2 梁爱华 1,
1山西大学生物技术研究所, 山西太原 030006; 2山西省农业科学院谷子研究所 / 特色杂粮种质资源发掘与育种山西省重点实验室,
山西长治 046011
摘 要: CIPK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶, 该蛋白在植物响应逆境胁迫过程中发挥重要作用。本文利用生物信息学
方法从谷子基因组中鉴定出 2个 CIPK基因, 命名为 SiCIPK6和 SiCIPK16。序列分析表明 SiCIPK6基因组序列长 1994 bp,
编码 451个氨基酸; SiCIPK16基因组序列长 1885 bp, 编码 473个氨基酸, 2个基因均无内含子和可变剪切。生物信息学
分析显示这 2 个基因在蛋白质序列和结构上与其他物种 CIPK基因一样非常保守。实时定量 PCR 分析表明 SiCIPK6和
SiCIPK16在 ABA、低温、高温、干旱、高盐诱导下表达量均有所上调, SiCIPK6基因在 ABA、干旱和盐处理时表达量
上调幅度较大, 而 SiCIPK16基因在低温、干旱和高温处理时表达量上调幅度较大。半定量 PCR检测结果表明 SiCIPK6
和 SiCIPK16两个基因在拔节、孕穗、灌浆期时均有表达, 在相应生育时期受到干旱胁迫时它们表达量均有所提高。推
测 SiCIPK6和 SiCIPK16基因在谷子的干旱或其他逆境胁迫中起一定作用。
关键词: 谷子; CIPK基因; 逆境
Expression Analysis of Two CIPK genes under Abiotic Stress in Foxtail Millet
YU Ai-Li1,2, ZHAO Jin-Feng1,2, WANG Gao-Hong2, DU Yan-Wei2, LI Yan-Fang2, ZHANG Zheng2, GUO
Er-Hu2, and LIANG Ai-Hua1,
1Insitute of Biotechnology, Shanxi University, Taiyuan 030006, China; 2 Millet Research Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences / Shanxi
Key Laboratory of Genetic Resources and Breeding in Minor Crops, Changzhi 046011, China
Abstract: CIPK (CBL interacting protein kinase) is a type of serine or threonine protein kinases, which plays an important role in
response to stress. In this study, we identified two CIPK genes designated as SiCIPK6 and SiCIPK16 from foxtail millet (Setaria
italica) genome using bioinformatics methods. The sequence analysis showed that SiCIPK6 has a length of 1994 bp in the genome,
encoding 513 amino acids residues, and SiCIPK16 is 1885 bp, encoding 473 amino acids residues. These two genes have no al-
ternative splicing and intron. The characters predicted based on the bioinformatics analysis revealed that the protein sequences and
structure of the two SiCIPK genes were very conservative just like CIPK genes in other species. Real-time PCR analysis discov-
ered that the expression of SiCIPK6 and SiCIPK16 was up-regulated by ABA, cold, heat, drought and salt stress, respectively. The
expression was strongly induced by ABA, drought and salt treatments for SiCIPK6, and by cold, drought and heat treatments for
SiCIPK16. The semi-quantitative PCR analysis showed that SiCIPK6 and SiCIPK16 were expressed at the jointing, booting and
filling stages, and induced by drought stress in the corresponding growth period. Foxtail millet CIPK genes reported in this study
would enrich CIPK members in plant kingdom and provides important information for further elucidating the function and
mechanisms of the CBL/CIPK network system responsive to stresses in foxtail millet.
Keywords: Foxtail millet; Calcineurin B-like-interacting protein kinase gene; Stress
296 作 物 学 报 第 42卷


谷子[Setaria italica (L.) P. Beauv.]起源于我国黄河流
域, 由狗尾草经人工选择和进化而来, 在我国已有 8500
多年的栽培史 , 目前是我国干旱和半干旱地区广泛种植
的区域性特色资源作物[1]。谷子是 C4作物, 种子发芽需水
少、蒸腾系数低、净光合强度和水分利用效率高, 具有抗
逆性强、适应性广等特点, 而且谷子基因组小, 高度保守、
稳定, DNA重复度低, 是抗逆遗传和分子生物学研究的理
想材料[2-3]。近年来随着国内外谷子测序工作的完成以及
谷子全基因组序列的公布 , 谷子耐逆关键基因发掘和逆
境应答调控机制逐渐成为研究热点。
非生物逆境下胁迫会严重影响植物的萌发、幼苗存
活、生物产量、叶片展开度、光合作用强度以及生长发育,
严重的还会导致植株死亡[4-5]。研究表明非生物逆境胁迫
中的干旱、盐渍、低温对植物的影响最为明显, 是制约农
作物产量和品质的主要限制因素[6]。在非生物逆境胁迫下
植物不仅要感知逆境, 而且要把逆境信号传递下去, 激活
下游的信号通路来应对不利环境。Ca2+是众所周知的第二
信使 , 能够感知逆境的发生并且能够传递信息启动逆境
应答机制[7-8]。CBL (calcineurin B-like protein)是一类钙离
子感应蛋白, 能够感知细胞内钙离子浓度变化, 然后与其
靶蛋白 CIPK (CBL-interacting protein kinase)互作, 构成
的复合物能够把胁迫信号传递下去 , 启动细胞内相关应
答基因的转录和翻译来应对胁迫[9]。
CIPK 是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶, 在植物体内以
多基因家族方式存在, 在苔藓、蕨类、裸子植物以及单子叶
和双子叶植物中都发现有 CIPK和 CBL家族基因存在[10-12]。
CIPK 基因在响应逆境胁迫、病原体与防御反应、营养元
素吸收与平衡、激素应答等植物生长和发育过程中发挥着
重要的作用 , 尤其与非生物逆境胁迫的信号传导密切相
关[13]。拟南芥 AtCIPK24 (SOS2)参与盐胁迫应答信号途径,
SOS2 通过与钙结合蛋白 AtCBL4 (SOS3)互作, 分别在液泡
膜和质膜上行使各自功能保护植株免受盐胁迫的伤害[14-19]。
AtCBL1/AtCBL9-AtCIPK23 和 AKT1 互作通过磷酸化/去
磷酸化机制调控质膜 K+通道的活性和细胞 K+吸收从而维
持胞内 K+平衡[20-21]。AtCIPK8被高浓度硝酸盐快速诱导,
通过控制硝酸盐转运体 CHL1和 NRT2.1的表达水平正调
控硝酸盐的低亲和应答, Atcipk8 突变后抑制硝酸盐响应
基因及硼转运体 BOR1 的表达 [22]。小麦 TaCIPK14、
TaCIPK29 和玉米 ZmCIPK21 被报道在盐胁迫条件下会在
钠离子转运、ROS 代谢, 钾离子平衡和 ABA 信号传导方
面起一定作用[23-25]。水稻 OsCIPK23和 OsCBL1已被证实
能激活水稻 OsAKT1[26], 另外葡萄中的 VvKT1.1和 VvKT1.2
也被证明在灌浆期会受到 CBL 和 CIPK 的调控 [27-28]。
ZmCIPK16被证明在盐胁迫条件下能够部分代替 AtCIPK24
的功能[29]。到目前为止针对 CBL 和 CIPK 开展的主要研
究领域聚焦在证明 CBLs和 CIPKs的互作以及他们互作的
位置和突变体在不同逆境胁迫下的表型分析 , 因此解析
CBLs和 CIPKs功能要基于对 CIPK和 CBL组成的信号网
络系统的充分了解, 首先要清楚 CIPKs 参与了哪些逆境
胁迫应答, 在哪些逆境信号通路中起作用。
已有研究表明 CBL/CIPK 信号网络系统在植物对逆
境应答过程中起重要作用 , 加之谷子是我国典型的抗旱
耐瘠特色作物, 因此研究谷子的 CIPK 基因, 发掘谷子抗
逆相关基因在分子水平上阐明谷子耐逆机理和调控机制
具有重要的理论意义和广阔的应用前景。目前在许多作物
中均发现了 CIPK 基因家族, 谷子中仅有 CBL 被报道[30],
CIPK 基因尚未见被报道。本文通过生物信息学方法从谷
子数据库中得到 2个谷子 CIPK基因, 我们对这 2个基因
的结构、序列特征进行了预测和分析, 研究了它们在幼苗
期不同逆境胁迫下的动态表达模式及在拔节、抽穗、灌浆
等生育时期受到干旱胁迫时的表达情况 , 旨在为进一步
分析 CIPK基因在谷子逆境应答中的功能和机制提供一些
有益线索。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
以豫谷 1 号为试验材料, 当幼苗生长至三叶期时按
照已有研究描述的方法 [31-33]分别进行 ABA (100 μmol
L–1)、低温(4℃)、高温(42℃)、干旱、盐(250 mmol L–1 NaCl)
处理, 在处理的 0、1、3、6、12和 24 h取整株幼苗。另
外 , 当植株生长至拔节、抽穗、灌浆期时 , 采用自然控
水方式至植株叶片微卷、叶色由鲜绿色变为灰色呈现缺
水状态时取处理及对照样品叶片 , 立即在–80℃冰箱中
速冻备用。试验设 2 次生物学重复 , 所用 TRIzol、
Real-time PCR试剂盒、逆转录酶、LA Taq DNA聚合酶
和 RNA 酶抑制剂购自宝生物工程有限公司; 引物由生
工生物工程(上海)有限公司合成 ; 其他试剂购自生工生
物工程(上海)有限公司。
1.2 植物总 RNA的提取和引物设计
参照 TRIzol试剂盒使用说明用 TRIzol试剂提取所有
材料总 RNA, 参照《分子克隆》第 3 版配制其他所需试
剂[34]。根据 SiCIPK、SiGAPB 转录序列, 用软件 Primer
Primer 5.0设计 SiCIPK、SiGAPB的 Real-time PCR和半定
量 PCR特异性引物。
1.3 SiCIPK基因发掘和生物信息学分析
利用玉米中已鉴定 CIPK 基因序列进行比对, 在 JGI
谷子数据库(Ver. 2.1)发现了 2 个 CIPK 基因(SiCIPK6、
SiCIPK16)。利用 ExPASy中 ProtParam pI/Mw在线工具对
蛋白序列的理化性质、氨基酸组成等一级结构进行预测;
利用 SignalP 4.1 Server 进行信号肽分析; 利用 ProtScale
进行疏水性/亲水性预测、Profun 2.2 Server进行功能预测;
利用 Psort 在线工具对编码蛋白亚细胞定位进行预测 ,
GOR IV 对蛋白进行二级结构预测; 使用 Blast 工具在
NCBI 上查找氨基酸同源性序列。利用 ClustalX1.83 对候
选基因序列比对分析, 利用 Mega4.1 软件构建不同物种
CIPK基因进化树并比较分析[35]。
第 2期 余爱丽等: 两个谷子 CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析 297


1.4 半定量 RT-PCR分析
用半定量 RT-PCR 检测 SiCIPK 基因在不同生育期干
旱胁迫下的表达情况。用分光光度计定量测定每个样品总
RNA 的浓度和质量。总 RNA 经反转录后对 PCR 条件进
行预实验和优化, 根据预试验中基因 PCR 产物的线性增
长范围确定循环数 27, 反应体积 25 μL, PCR反应程序为
94℃ 3 min; 94℃ 30 s, 57℃ 30 s, 72℃ 30 s, 27个循环;
72℃ 5 min。以谷子持家基因 3-磷酸甘油醛脱氢酶基因 B
亚基(SiGAPB, Si035707m)为 RT-PCR 对照。反应产物(15
μL)经琼脂糖凝胶电泳分离。
1.5 Real-time PCR分析
将 TRIzol 法提取总 RNA样品反转录合成 cDNA, 均
一化后作为实时定量 PCR 模板, 以 SiGAPB 作为内参基
因。经预实验优化后 PCR反应程序为: 50℃ 2 min; 95℃ 2
min; 94℃变性 30 s, 61℃退火 30 s, 读版 65℃ 1 s, 读板,
40个循环; 72℃延伸 5 min; 绘制熔解曲线, 0.2℃ s–1。试
验设计 3 次重复, 采用相对定量 2–ΔΔCt方法计算基因在某
种逆境处理下某个时间点相对于对照的转录水平变化[36]。
2 结果与分析
2.1 SiCIPK基因序列的获得与参数分析
通过 NCBI数据库比对从谷子数据库中得到 2个谷子
CIPK 基因, 序列比对结果显示这 2 个基因和玉米、水稻
CIPK 基因家族中的 CIPK6 和 CIPK16 同源性较高, 因此
分别暂时命名为 SiCIPK6 和 SiCIPK16。SiCIPK6 基因组
序列长 1994 bp, CDS序列 1356 bp, 编码 451 个氨基酸;
SiCIPK16基因组序列长 1885 bp, CDS序列 1422 bp, 编码
473个氨基酸(表 1), 2个基因均无可变剪切和内含子。功
能域分析显示 2 个基因蛋白都含有 NAF 结构域(与 CBL
蛋白互作的必需), 另外还含有丝氨酸 /苏氨酸激酶域、
ATP 结合位点、蛋白磷酸化位点和信号转导位点等多个
CIPK基因的特征结构域。因此推断 SiCIPK6和 SiCIPK16
是谷子 CIPK家族中的 2个成员。
2.2 SiCIPK基因的生物信息学分析
2.2.1 SiCIPK 蛋白参数分析 SiCIPK6 蛋白分子式为
C2149H3453N641O628S16, 分子量为 48.83 kD, 等电点 (pI)
9.14, 平均疏水性(GRAVY) –0.197, 脂肪系数(AI) 86.08。
SiCIPK16 蛋白分子式为 C2266H3620N664O664S18, 分子量为
51.37 kD, 等电点(pI) 8.81, 平均疏水性(GRAVY) –0.125,
脂肪系数(AI) 87.27。GOR IV软件预测 2个蛋白无规则卷
曲所占的比例最高, 其次是 α-螺旋和延伸链, 不含 β-螺
旋。根据 SignalP 4.1 Server软件预测结果可推测 SiCIPK6
和 SiCIPK16 基因所编码的蛋白不存在信号肽为非分泌蛋
白, 它们在细胞质中合成后可能不被运转。ProtScale软件
预测 2个蛋白均为弱亲水性蛋白。Psort软件预测 SiCIPK6
蛋白据其概率大小依次可能存在于质膜、高尔基体、内质
网(膜)、微体(过氧物酶体); 而 SiCIPK16蛋白可能存在于
内质网(膜)、质膜、微体(过氧物酶体)、叶绿体类囊体膜。
2.2.2 谷子 SiCIPK基因启动子区域顺式元件分析和功能
预测 顺式元件分析发现在 SiCIPK6和 SiCIPK16启动
子区域主要包括激素类应答元件, 逆境类应答元件, 光应
答元件以及其他类元件, 包括厌氧诱导必需(ARE)、细菌
激发应答(Box-Wi)、分生组织特异性激活(CCGTCC-box)、
胚乳表达(GCN4-motif、SKn-1 motif)、昼夜节律(circadian)
元件(表 2)。Profun 2.2 Server 软件预测显示 SiCIPK6 和
SiCIPK16可能参与调控转录调控、信号转导、逆境应答、
免疫应答等生理过程, 也可能参与生长因子、激素、离子
通道蛋白、受体、结构蛋白等代谢途径。
2.3 不同非生物逆境胁迫下 SiCIPK基因表达分析
图 1所示在 5种胁迫处理下 2个基因在不同时间点表
达量不尽相同 , 总的来看在诱导过程中表达量均有所上
调。SiCIPK6基因在 ABA、干旱和 NaCl处理时表达量上
调幅度较大, 分别在 1、24、1 h达到表达量的最大值, 相
对表达量分别是对照的 4.65、6.42、7.46 倍。SiCIPK16
基因在低温、干旱和高温处理时表达量上调幅度较大, 在
1、24、1 h达到表达量的最大值, 相对表达量分别是对照
的 4.39、4.19、2.56倍。
2.4 SiCIPK基因在不同生育期干旱胁迫下的表达
分别在豫谷 1号生长至拔节、孕穗、灌浆期时采用自
然干旱方法取对照和干旱处理样品叶片提取总 RNA, 合
成 cDNA 经均一化和半定量 PCR 后, 检测 SiCIPK6 和
SiCIPK16 样在不同生育期干旱胁迫下的表达情况。检测
结果表明 SiCIPK6和 SiCIPK16两个基因在拔节、孕穗、
灌浆期对照中均有表达 , 而在相应生育时期受到干旱胁
迫时它们表达量均有所提高(图 2)。
3 讨论
本研究通过生物信息学方法得到抗旱耐瘠作物谷子
的 2 个 CIPK 基因, SiCIPK6 基因编码 451 个氨基酸, Si-
CIPK16基因编码 473个氨基酸, 2个基因内部没有内含子
和可变剪切。在 NCBI数据库中进行序列比对发现它们与
植物中的 CIPK 基因有较高同源性, 同时含有 CIPK 基因
的标志结构域 NAF-motif。功能域分析显示 SiCIPK6、
SiCIPK16 含有 CIPK蛋白 C端调控域、丝氨酸/苏氨酸激
酶催化域等 CIPK 蛋白特有的保守功能域, 因此推断这 2
个基因属于谷子 CIPK家族中的 2个成员。用 ClustalX1.83
比较不同物种中CIPK蛋白序列, 发现 SiCIPK6、SiCIPK16
与拟南芥、水稻和玉米中同源 CIPK 基因同源性非常高,
而且具有非常保守的序列和结构。如图 3 所示所有 CIPK
基因在 C 端调控域、N 端激酶域、NAF 结构域、激活环
结构域、磷酸化和自磷酸化位点处序列高度一致, 非常保
守。分析发现 SiCIPK6 与 ZmCIPK6、OsCIPK6 一致性分
别为 77.73%和 72.17%, 与 AtCIPK6 一致性为 52.49%;
SiCIPK16与 ZmCIPK16、OsCIPK16一致性分别为 78.73%
和 74.55%, 与 AtCIPK16一致性为 45.33%。谷子中 CIPK
与水稻、玉米一致性要比谷子 CIPK与拟南芥 CIPK 一致
298 作 物 学 报 第 42卷



第 2期 余爱丽等: 两个谷子 CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析 299


表 2 SiCIPK6、SiCIPK16基因启动子区域顺式元件预测
Table 2 Putative cis-elements in the promoter of SiCIPK6 and SiCIPK16
顺式元件
cis-elements
SiCIPK6 SiCIPK16
植物激素应答
Auxin-responsive
ABRE, motifIIb, CGTCA-motif, TGACG-motif, TGA,
TCA-element
P-box, GARE-motif, TCA-element, TGA
逆境应答
Stress-responsive
HSE, MBS, EIRE LTR, MBS, TC-rich repeat, Wun-motif
光应答
Light-responsive
G-box, GAG-motif, GATA-motif, I-box, LAMP-element,
SP1, TCCC-motif, chs-CMA2a
ACE, ATC-motif, CATT, G-box, GA-motif, GATA-motif,
GT1, GTGGC-motif, I-box, SP1, TCT, rbcS-CMA7a
其他应答
Others responsive
Circadian, SKn-1 motif, O2-site, GC-motif, CAT-box,
CCGTCC-box, Box-Wi, ARE
ARE, Box-Wi, CCGTCC-box, GCN4-motif, SKn-1 motif,
circadian

图 1 SiCIPK6和 SiCIPK16在 ABA、低温、干旱、高温和盐处理下的 Real-time PCR表达分析
Fig. 1 Real-time PCR analysis of expression levels of the SiCIPK6 and SiCIPK16 under ABA, cold, dehydration, heat, and salt
stresses treatments

图 2 SiCIPK6和 SiCIPK16基因在不同生育期自然脱水胁迫下的表达分析
Fig. 2 Electrophoretogram displaying the loading patterns for expression of SiCIPK6 and SiCIPK16 under dehydration stresses in
different growth periods

性高, 这与谷子与玉米、水稻亲缘关系相对较近的现象是
一致的(谷子、玉米、水稻同属禾本科单子叶作物, 拟南
芥属十字花科双子叶作物)。系统发育进化树中 SiCIPK6、
SiCIPK16 分别和玉米、水稻相应基因聚在一起也验证了
这一结论 , 另外发育树中除小立碗藓中的 PpCIPK6 外 ,
其他物种的 CIPK6和 CIPK16大都聚集在一起, 这也说明
CIPK6和 CIPK16这 2个基因的祖先在单双子叶植物分离
之前就已存在。这些证明我们发现的 SiCIPK6、SiCIPK16
是植物 CIPK 家族中的 2 个成员, 它们和其他植物 CIPK
基因一样具有非常保守的序列和结构。SiCIPK6、SiCIPK16
和玉米、水稻中相应基因同源性较高一方面说明谷子和玉
米、水稻具有较近的亲缘关系, 另一方面也暗示它们在逆
境应答或其他信号通路中可能有相似的功能。
另外 , 我们对这2个基因的生物信息学特征进行了
系统的预测和分析, 希望能够发掘对研究它们的功能有
帮助的信息。预测结果显示 SiCIPK6和 SiCIPK16很多性状
和参数非常接近类似 , 这些结论不仅验证了它们同属
CIPK 基因家族, 而且预示 SiCIPK6和 SiCIPK16可能共同
300 作 物 学 报 第 42卷



图 3 SiCIPK6、SiCIPK16与其他已知 CIPK氨基酸序列比对
Fig. 3 Sequences alignment of SiCIPK6, SiCIPK16 and other known CIPKs
相同氨基酸残基用黑色表示, 相似氨基酸残基用灰色表示(≥60% similarity); 磷酸化或自磷酸化位点用星号表示。保守的激活环和 C
端调控域的 NAF结构域用连字符标出。
The amino acids with an entire homology are shown by a black background, and those shared non-identical conserved identity by a gray
background (≥ 60% similarity); Autophosphorylated or phosphorylated sites are marked with asterisk. The activation loop and the conserved
NAF motif are marked with hyphens.

参与或调控某些信号途径。顺式元件分析和功能预测结果
显示 SiCIPK6 和 SiCIPK16 基因可能会参与 ABA 或其他
激素介导的生理生化过程 , 预测的部分功能和已证实的
不同物种中 CIPK 基因功能是相吻合的, 已有研究结果也
表明 CIPK 基因在逆境应答中起重要作用[9,12-13,41], 因此
我们用 ABA (100 μmol L–1)、低温(4℃)、高温(42℃)、干
旱、高盐(250 mmol L–1 NaCl)处理谷子豫谷 1号幼苗, 用
Real-time PCR分析他们在不同处理下的表达情况。结果
表明 2个谷子 SiCIPK基因在 5种胁迫处理下不同时间点
其表达量均有所上调或下调 , 但具体动态表达模式不尽
相同, 例如 SiCIPK6基因在 ABA胁迫下, 表达量在 1 h迅
速增加到最大值, 为对照的 4.65 倍, 随后 3~24 h 表达水
平逐渐下降; 在干旱诱导胁迫下 1 h表达量快速增加, 3 h
表达量急剧减少, 6 h又明显上升, 12 h有所减少, 在 24 h
又反弹到最高值, 为对照的 6.42 倍。整体来看 SiCIPK6
基因在 ABA、干旱和 NaCl 处理时表达量上调幅度较大,
相对表达量最高时分别是对照的 4.65、6.42、7.46 倍。
SiCIPK16 基因在低温、干旱和高温处理时表达量上调幅
度较大, 相对表达量在最高点时分别是对照的 4.39、4.19、
2.56倍。这些试验结果与它们在拟南芥、水稻和玉米中的
同源基因有着相似的结论, 在拟南芥中 AtCIPK6 表达量
受盐、渗透胁迫和 ABA诱导, AtCIPK16对盐有强烈应答, 进
一步研究表明 AtCIPK6参与了盐、渗透胁迫以及 ABA应答
过程, AtCIPK16在细胞内 Na+外排方面起一定作用[37-39]。水
稻中的同源基因 OSCIPK6 受干旱、ABA 和低温诱导 ,
OSCIPK16受 NaCl、ABA、PEG、Cold诱导, 分析表明它
们可能参与干旱、低温、盐等逆境胁迫和 ABA应答[41]。
玉米中的同源基因 ZmCIPK16受 NaCl、20%PEG、高温、
ABA、干旱的强烈诱导, 但却不受低温胁迫诱导, 进一步
试验表明 , ZmCIPK16 在盐胁迫条件下能够部分代替
AtCIPK24 的功能, 在盐胁迫下转基因植株能部分互补野
生型植株表型 [29]。这些结论可能暗示 SiCIPK6 和
SiCIPK16 与其他物种中的同源基因有相似或部分相似的
功能, 可能参与了干旱、低温、盐、高温以及 ABA 的应
答 , 但在不同的逆境应答过程中具体参与调控模式有所
不同。
由于 SiCIPK6和 SiCIPK16均在干旱诱导下表达量上
调幅度较大 , 因此我们进一步用半定量方法研究了
SiCIPK6 和 SiCIPK16 在拔节、孕穗、灌浆期期干旱胁迫
下的表达情况。如图所示, SiCIPK6 在拔节、孕穗、灌浆
期对照中均有表达 , 表达量为拔节期>孕穗期>灌浆期 ,
在受到干旱胁迫时, SiCIPK6 表达量受诱导迅速增加, 表
达量为拔节期>孕穗期>灌浆期。SiCIPK16在拔节、孕穗、
灌浆期对照中也均有表达, 在 3个时期表达量基本一致,
在受到干旱胁迫时, SiCIPK16表达量受诱导迅速增加, 拔
节期和孕穗期表达量上调幅度较大 , 灌浆期上调幅度稍
微小一些。SiCIPK6 和 SiCIPK16 在不同生育时期受到干
旱胁迫后表达量迅速上调说明 SiCIPK6和 SiCIPK16基因
第 2期 余爱丽等: 两个谷子 CIPK基因在非生物逆境胁迫下的表达分析 301


可能参与了谷子在拔节、孕穗、灌浆期的干旱应答。这些
试验结论与我们的顺式元件预测和功能预测分析结论以
及其他物种中相应同源基因报道是一致的(表 1)。另外在
2 个基因启动子区域还发现茉莉酸甲 (CGTCA-motif、
TGACG-motif)、植物激素(TGA)、水杨酸(TCA-element、
胚乳表达(SKn-1 motif)、玉米醇溶蛋白代谢调控(O2-site)、
缺氧特异性诱导(GC-motif)、分生组织表达(CAT-box)、分
生组织特异性激活 (CCGTCC-box)、细菌激发应答
(Box-Wi)、厌氧诱导必需(ARE), 这些顺式元件的存在暗
示 SiCIPK6和 SiCIPK16可能参与相应的生理生化过程。
值得一提的是在启动子区域还发现了大量的光应答元件
和昼夜节律调控(circadian)核心元件, 众所周知谷子是光
温敏感性作物, 预示 SiCIPK6 和 SiCIPK16 可能参与调控
谷子的光温应答调控。尽管这些推测都需要严谨的试验证
明, 但还是为我们今后的功能研究提供了一些线索。
本文报道的谷子 SiCIPK 基因丰富和完善了植物
CIPK 成员, 为进一步阐明 CBL/CIPK 信号系统在谷子逆
境应答中的功能、机制提供了试验依据。
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