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钙离子是植物必需的一种重要的无机营养元素,它也作为细胞内的第二信使参与植物生长发育以及对外界环境刺激反应的调控。植物为适应生长过程中遭受的来自外界环境中的生物胁迫以及非生物胁迫,自身形成了不同的信号转导途径系统感测这些刺激并产生不同的响应方式。在各种外来非生物胁迫比如盐、干旱或渗透胁迫、高温、低温等条件下,细胞质内的钙离子在浓度、特定时间和特定细胞区域上会出现特异性变化,这种特异的钙离子变化特征即为钙信号。特异的刺激所产生的钙信号能被特异的钙离子感受器所接收,再通过与特异的效应蛋白相互作用而将信号继续向下游传递,进而在细胞内作用与调节一系列的生理生化反应过程,以适应或抵制外来胁迫。CBL(Calcineurin B-like protein)蛋白是植物中一类特有的钙感受器,CIPK(CBL-interacting protein kinase)是一类能与CBL蛋白特异作用的蛋白激酶,它们形成CBL-CIPK复合体,活性状CBL-CIPK复合体通过磷酸化修饰下游靶蛋白,解码各种动态变化的钙信号并调控相关的生理生化过程。CBL蛋白均含有四个EF-hand结构域以结合钙离子,CIPK包括一个保守的能与CBL特异结合的NAF/FISL结构域。在未结合CBL的情况下,CIPK的调节域抑制了激酶域导致CIPK蛋白没有激酶活性,结合了 CBL蛋白后,CIPK的构象发生变化,调节域移动激活CIPK的激酶域,继续向下游蛋白传递钙信号。这两个基因家族或它们的互作复合体广泛响应各种环境刺激与生长发育过程。然而,葡萄中的CBLs和CIPKs的全基因组注释和表达模式尚不清楚。本研究的主要内容由三个部分组成:1、利用生物信息学对葡萄基因组中的CBL和CIPK基因家族进行识别和筛选,染色体定位和基因结构分析,系统发生树的构建以及蛋白结构域的分析。2、利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,以葡萄测序品种黑比诺(Vitis Vinifera PN40024)为材料,对葡萄中的8个CBL和 20 个 CIPK基因在盐(NaCL,200mM)、PEG(10%)、低钾(LK,100μM)、低温(4℃)和高温(42℃)胁迫下的表达情况进行各个基因的表达模式分析。利用基因芯片数据分析葡萄中的8个CBL和20个CIPK基因在葡萄生长发育过程中的表达模式。3、利用生物信息学技术和基因相应非生物胁迫和生长发育过程中的表达量,研究葡萄中的8个CBL和20个CIPK基因间的共表达方式,以及与拟南芥的CBL,CIPK基因家族的共表达关系做对比。主要结果如下:1.用BLASTP搜索葡萄的基因组,做进化树验证。鉴定出8个CBL和20个CIPK基因,并根据进化关系把两个家族的基因分别分成了四个和五个亚家族,且根据基因结构和蛋白基因的分布情况进行了验证。并发现8个VvCBLs基因中的4个基因(50%)以及20个VvCIPKs基因中的8个基因(40%)由串联复制进化而来,20个VvCIPKs基因中的5个基因由片段复制进化而来说明基因复制对葡萄CBL和CIPK基因家族的扩增做出了重要的贡献,值得一提的是,在CIPK家族中,所有发生复制事件的基因都包含于在内含子少的分支中。2.利用基因芯片和qRT-PCR技术得到的数据分析了 VvCBLs和VvCIPKs基因在各种非生物胁迫和生长发育阶段中的表达模式,发现VvCBLs和VvCIPKs的在进化过程中,其功能随之变得多样化。比如由串联重复得到的、同为I亚家族的VvCBL10a和VvCBL10b,在盐、PEG和低温胁迫条件下均上调。但在低钾胁迫条件下,VvCBL10a下调表达而VvCBL10b上调表达,说明这两个基因在进化过程中功能出现了分化。另外,VvCBL8几乎在所有非生物胁迫条件下都呈现上调表达趋势,而VvCIPK35却在几乎所有非生物胁迫条件下都呈现下调表达趋势。3.根据VvCBLs和VvCIPKs基因间的皮尔诺相关系数发现,在非生物胁迫条件下,VvCBLs和VvCIPKs有更多的高相关性基因对,而在生长发育过程中,具有高相关性的基因对则较少,我们预测相对于不同的生长发育阶段,CBL-CIPK复合体似乎更为响应非生物胁迫。而且CBL和CIPK蛋白互作分析显示它们在拟南芥中的互作机制或许不同于在葡萄中的互作机制。另外,我们预测VvCBL和VvCIPK基因家族对低温胁迫可能起到重要的作用。