综述：甘蓝型油菜钙依赖性蛋白激酶家族快速指南

本综述系统梳理了甘蓝型油菜（Brassica napus）钙依赖性蛋白激酶（CDPK）家族的最新研究进展，涵盖其系统发育、标准化命名、组织特异性表达模式及在生物与非生物胁迫响应中的关键作用。文章强调CDPKs作为钙信号（Ca2+）解码器，通过激酶结构域（PK）和钙调蛋白类似域（CaML）整合逆境信号，调控ROS生成、ABA信号通路及免疫应答，为抗逆育种提供潜在靶点（如BnaCPK4/5/6）。

　　

钙依赖性蛋白激酶家族在甘蓝型油菜中的研究进展

引言

甘蓝型油菜（Brassica napus）作为全球重要的油料作物，面临气候变化和病原胁迫等多重挑战。钙依赖性蛋白激酶（CDPKs）作为植物特有的信号转导关键分子，通过感知细胞钙浓度变化（Ca²⁺）并磷酸化底物蛋白，参与逆境响应与发育调控。本文综述了BnaCDPK家族的系统发育、表达模式及功能，旨在为作物抗逆改良提供理论依据。

CDPKs在植物胁迫信号中的作用

CDPKs是一类兼具钙感应（EF-hand结构域）和激酶活性（PK结构域）的蛋白家族，通过自抑制连接区（AIJ）调控活性。其激活需特定Ca²⁺浓度阈值，从而解码差异钙信号。在拟南芥和水稻中，CDPKs被划分为I、II、III、IV和CRK五个亚族，其中CRK亚族因EF-hand功能缺陷曾被视为独立家族，近期系统发育研究支持其作为CDPK第五亚族。CDPKs通过调控活性氧（ROS）爆发、激素信号（如ABA）及转录因子（如WRKY家族）参与免疫应答，例如AtCPK4/5/11磷酸化AtRBOHD促进ROS生成，增强病原抗性。

甘蓝型油菜CDPK家族特征

通过BLAST和HMMER分析，在甘蓝型油菜Darmor-bzh基因组中鉴定出136个BnaCDPKs，多数具有N端脂化修饰位点，介导质膜定位。系统发育分析显示BnaCDPKs与拟南芥（42个）和水稻（34个）CDPKs聚为五亚族，且因多倍化存在大量共直系同源基因。采用标准化命名规则（如BnaA.CPK1.a表示A基因组AtCPK1同源基因），促进功能研究可比性。

BnaCDPKs的组织表达特性

基于植物基因表达数据库（Plant Gene Expression Omnibus）数据分析，BnaCDPKs在营养组织（根、下胚轴、叶）和生殖组织（花、雄蕊、种子）中广泛表达，部分基因呈现组织特异性。例如BnaCPK24同源基因仅在花和雄蕊中高表达，与拟南芥AtCPK24和水稻OsCPK21调控花粉管伸长的功能一致。共直系同源基因间表达模式相似，但部分基因（如BnaCPK12的12个同源体）存在差异，暗示功能分化。

病原胁迫下的BnaCDPKs响应

黑胫病（Leptosphaeria maculans）、菌核病（Sclerotinia sclerotiorum）和根肿病（Plasmodiophora brassicae）是危害油菜生产的主要病害。转录组数据分析表明：

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  黑胫病感染中，抗病品系DF78（携带Rlm3/LepR1）与感病品系Westar的BnaCDPKs表达差异显著；

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  菌核病感染后，中油821（ZY821）抗病品系中BnaCDPKs下调幅度小于Westar；

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  根肿病感染中，抗病品系YJ-8的BnaCDPKs表达显著高于感病品系。

  功能研究表明，BnaCPK2/6与BnaRBOHD互作并磷酸化其活性位点，促进ROS爆发和细胞死亡；BnaCPK5/6通过磷酸化BnaWRS1（WRKY转录因子）激活下游防御基因，暗示BnaCDPKs在免疫信号中的保守功能。

非生物胁迫下的BnaCDPKs调控

干旱（PEG6000模拟）、盐胁迫（NaCl）、低温（4°C）和高温（40°C）处理中双11（ZS11）品系后，BnaCDPKs呈现差异表达，其中高温胁迫显著诱导多数基因上调。分子机制上，BnaCPK4与ABA响应元件结合因子（BnaABF3/4）及蛋白磷酸酶2C（BnaAHG3/HAI3）互作，调控ABA信号和干旱应答；过表达BnaA.CPK5.a可通过磷酸化BnaABF3/4增强植株保水能力和脯氨酸积累，提升抗旱性。

应用前景：CDPKs在油菜育种中的潜力

尽管BnaCDPKs功能研究仍处于起步阶段，其保守的胁迫响应机制和基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）为抗逆育种提供新策略。多倍体基因组冗余和转基因分离难题仍是挑战，但单倍体加倍技术和精准编辑技术的进展有望加速基因功能验证。以BnaCPK4/5/6等为核心靶点，通过调控ROS-ABA-WRKY网络，可望培育抗病、抗逆优质油菜品种。

致谢

研究感谢莫纳汉实验室成员的支持，以及Queen's大学提供的科研环境。土地致谢声明尊重Haudenosaunee和Anishinaabek原住民领地。