CaCDPK4, a full-length cDNA clone encoding Capsicum annuum calcium-dependent protein kinase 4, was isolated from chili pepper (Capsicum annuum L.). Deduced amino acid sequence of CaCDPK4 shares the highest homology with tobacco NpCDPK8 and chickpea CaCDPK2 with 79% identity. Genomic blot analyses revealed that CaCDPK4 is present as a single copy in pepper genome, but it belongs to a multigene family. CaCDPK4 was highly induced when pepper plants were inoculated with an incompatible bacterial pathogen. Induced levels of CaCDPK4 transcripts were also detected in pepper leaves by the treatment of ethephon, an ethylene-inducing agent, and high-salt stress condition. The bacterial-expressed GST-CaCDPK4 protein showed to retain the autophosphorylation activity in vitro. GUS expression driven by CaCDPK4 promoter was examined in transgenic Arabidopsis containing transcriptional fusion of CaCDPK4 promoter. GUS expression under CaCDPK4 promoter was strong in the root and veins of the seedlings. GW (-1965) and D3 (-1377) promoters conferred on GUS expression in response to inoculation of an incompatible bacterial pathogen, but D4-GUS (-913) and DS-GUS (-833) did not. Taken together, our results suggest that CaCDPK4 can be implicated on signal transduction pathway of defense response against an incompatible bacterial pathogen in pepper.
We have isolated a cDNA encoding a calcium-dependent protein kinase (CDPK) in Nicotiana tabacum, which was designated NtCDPK1. Accumulation of the NtCDPK1 mRNA was stimulated by various stimuli, including phytohormones, CaCl$_2$ wounding, fungal elicitors, chitin and methyl jasmonate. The NtCDPK1 gene encodes a functional Ser/Thr protein kinase of which phosphorylation activity is strongly induced by calcium. By analyzing expression of the NtCDPK1-GFP fusion protein and by immunoblotting with antibody which reacts with NtCDPK1, we found that NtCDPK1 is localized in membrane and nucleus in plant cells. Silencing expression of the NtCDPK1 transgene resulted in marked decrease of lateral root development in the transgenic tobacco plants. Yeast two hybrid screening using NtCDPK1 as a bait identified a tobacco homologue of proteasome regulatory subunit 21D7, designated Nt21D7. The 21D7 mRNA has been shown to be predominantly expressed in proliferating tissues in the cell cycledependent manner in carrot. The recombinant NtCDPK1 protein associated with Nt21D7 in vitro, and could phosphorylate the Nt21D7 protein in vitro in the presence of calcium, suggesting that Nt21D7 protein is a natural substrate of NtCDPK1 in tobacco. These results suggest that NtCDPK1 may regulate tell proliferation processes, such as lateral root formation, by regulating specificity and/or activity of proteasome-mediated protein degradation pathway.
Purpose: Infection by the intracellular apicomplexan parasite Toxoplasma gondii has serious clinical consequences in humans and veterinarians around the world. Although about a third of the world's population is infected with T. gondii, there is still no effective vaccine against this disease. The aim of this study was to develop and evaluate a multimeric vaccine against T. gondii using the proteins calcium-dependent protein kinase (CDPK)1, CDPK2, CDPK3, and CDPK5. Materials and Methods: Top-ranked major histocompatibility complex (MHC)-I and MHC-II binding as well as shared, immunodominant linear B-cell epitopes were predicted and linked using appropriate linkers. Moreover, the 50S ribosomal protein L7/L12 (adjuvant) was mixed with the construct's N-terminal to increase the immunogenicity. Then, the vaccine's physicochemical characteristics, antigenicity, allergenicity, secondary and tertiary structure were predicted. Results: The finally-engineered chimeric vaccine had a length of 680 amino acids with a molecular weight of 74.66 kDa. Analyses of immunogenicity, allergenicity, and multiple physiochemical parameters indicated that the constructed vaccine candidate was soluble, non-allergenic, and immunogenic, making it compatible with humans and hence, a potentially viable and safe vaccine candidate against T. gondii parasite. Conclusion: In silico, the vaccine construct was able to trigger primary immune responses. However, further laboratory studies are needed to confirm its effectiveness and safety.
Calcium is one of the important secondary signaling molecules in plant cells. Calcium-dependent protein kinases (CDPK)-the sensor proteins of Ca2+ and phosphorylating enzymes-are the most abundant serine/threonine kinases in plant cells. They convert and transmit signals in response to various stimuli, resulting in specific responses in plants. In rice, 31 CDPK gene families have been identified, which are mainly involved in plant growth and development and are known to play roles in response to various stress conditions. However, little is known about the biochemical characteristics of CDPK proteins. In this study, OsCPK11-a CDPK in rice-was partially purified, and its biochemical characteristics were found. Partially purified OsCPK11 from rice seedlings was obtained by three-step column chromatography that involved anion exchange chromatography consisting of DEAE, hydrophobic interaction chromatography consisting of phenyl-Sepharose, and gel filtration chromatography consisting of Sephacryl-200HR. An in vitro kinase assay using partially purified OsCPK11 was also performed. This partially purified OsCPK11 had a molecular weight of 54 kDa and showed a strong hydrophobic interaction with the hydrophobic resin. In vitro kinase assay showed that the OsCPK11 also had Ca2+-dependent autophosphorylation activity. The OsCPK11 phosphorylated histone III-S, and the optimum pH for its kinase activity was found to be 7.5~8.0. The native OsCPK11 shared several biochemical characteristics with recombinant OsCPK11 studied previously, and both had Ca2+-dependent autophosphorylation activity and favored histone III-S as a substrate for kinase activity, which also had a Ca2+-dependence.
Rapid production of nitric oxide (NO) and reactive oxygen species (ROS) has been implicated in the regulation of innate immunity in plants. A potato calcium-dependent protein kinase (StCDPK5) activates an NADPH oxidase StRBOHA to D by direct phosphorylation of N-terminal regions, and heterologous expression of StCDPK5 and StRBOHs in Nicotiana benthamiana results in oxidative burst. The transgenic potato plants that carry a constitutively active StCDPK5 driven by a pathogen-inducible promoter of the potato showed high resistance to late blight pathogen Phytophthora infestans accompanied by HR-like cell death and $H_2O_2$ accumulation in the attacked cells. In contrast, these plants showed high susceptibility to early blight necrotrophic pathogen Alternaria solani, suggesting that oxidative burst confers high resistance to biotrophic pathogen, but high susceptibility to necrotrophic pathogen. NO and ROS synergistically function in defense responses. Two MAPK cascades, MEK2-SIPK and cytokinesis-related MEK1-NTF6, are involved in the induction of NbRBOHB gene in N. benthamiana. On the other hand, NO burst is regulated by the MEK2-SIPK cascade. Conditional activation of SIPK in potato plants induces oxidative and NO bursts, and confers resistance to both biotrophic and necrotrophic pathogens, indicating the plants may have obtained during evolution the signaling pathway which regulates both NO and ROS production to adapt to wide-spectrum pathogens.
CDPKs have pivotal roles in plant $Ca^{2+}$-mediated transduction signaling. A total of 29 CDPK genes have been identified in rice (Oryza sativa L.), but their key functions have not been completely noted. This study focused on the OsCPK11 gene, which has not been studied, to determine its functional characteristics. A study of tissue-specific expressions revealed that the OsCPK11 gene is expressed in young leaves, mature leaves and flowers of rice. An expression of the gene was also confirmed in gibberellin-treated aleurone layers of rice. Regarding the phenotypic characteristics of Tos17-inserted OsCPK11 mutants, the heights of the mutants were not distinguishable from the heights of wild type plants, but the number of caryopses and the caryopses' weights were significantly statistically different. In addition, many grains of the mutants had white belly materials in their endosperm. The cDNA of the OsCPK11 was cloned, and an OsCPK11 protein of about 60.5 kD was obtained by using a GST affinity chromatography and an SDS-PAGE. An analysis of the amino-acid sequence of the protein indicated that the OsCPK11 protein has the structural characteristics of typical CDPKs. The results provided useful information about the functions of the OsCPK11 gene and further noted the roles CDPKs have in $Ca^{2+}$-mediated signaling in plants.
Calcium-dependent protein kinases (CDPKs) are known to be involved in regulating plant responses to abiotic stresses such as salinity, cold temperature and dehydration,. Although CDPKs constitute a large multigene family consisting of 31 genes in rice, only a few rice CDPKs' functions have been identified. Therefore, in order to elucidate the functions of OsCPK11 in rice, this study was intended to focus on the expression pattern analysis of OsCPK11 in wild type and ND0001 oscpk11 mutant plants under these abiotic stresses. For the salt, cold and drought stress treatment, seedlings were exposed to 200 mM NaCl, 4℃ and 20% PEG 6,000, respectively. RT-PCR and quantitative real-time PCR were performed to determine the expression patterns of OsCPK11 in wild type and ND0001 mutant plants. RT-PCR results showed that OsCPK11 transcripts in the wild type and heterozygous mutant were detected, but not in the homozygous mutant. Real-time PCR results showed that relative expression of OsCPK11 of wild type plants was increased and reached to the highest level at 24 hr, at 6 hr and at 24 hr under salt, cold and drought stress conditions, respectively. Relative expression of OsCPK11 of ND0001 homozygous plant was significantly reduced compared to that of wild type. These results suggested that oscpk11 homozygous mutant knocks out OsCPK11 and OsCPK11 might be involved in salt, cold and drought stress signaling by regulating its gene expression.
In plants, calcium ($Ca^{2+}$)-dependent protein kinases (CDPKs) are important sensors of $Ca^{2+}$ signals. Previous research demonstrated the expression of the OsCPK11 gene in various tissues at the transcription level, but its developmental and biochemical functions at the protein level were not determined. This study was aimed to identify biochemical characteristics of OsCPK11. GST- OsCPK11 was expressed in E. coli and used for an in vitro kinase assay. Biochemical analyses identified OsCPK11 as a CDPK. OsCPK11 autophosphorylated itself and transphosphorylated histone III-s and MBP as substrates in the presence of $Ca^{2+}$. The activity of the recombinant OsCPK11 was influenced by $Mg^{2+}$, with optimum activity detected at pH 7.0-7.5. OsCPK11 activity was not affected by $Mg^{2+}$, $Mn^{2+}$, or $Na^+$ in the presence of a high level of $Ca^{2+}$. Autophosphorylation of OsCPK11 decreased $Ca^{2+}$ sensitivity of OsCPK11. An anti-OsCPK11 rabbit antibody recognized 95.5 kD of GST-OsCPK11, as shown by an immunoblot analysis. These results shed light on the function of OsCPK11 in $Ca^{2+}$-mediated signaling in rice.
Plastichouse cultivation for crops and vegetables in the winter has been widely popularized in Korea. In the vinylhouse Ultraviolet B penetration is lower than in the field, and so some problems, as plant overgrowth and outbreak of disease, occurred frequently. The effect of artificial supplement ultraviolet B $(UV-B:280{\sim}320nm)$ radiation on the physiological responses and yield of perilla (perilla frutescens) was investigated UV-B ray was radiated on perilla with the 10th leaf stage at the distance of 90, 120 and 150 cm from the plant canopy for 30 days after planting in the vinylhouse. The production of fresh perilla leaves was high in the order of plastic house, ambient+50% of supplemental UV-B, ambient ambient+100% of supplemental UV-B. Enhanced UV-B radiation affected the intensity of thirty-three proteins in 2-dimensional electrophoretic analysis of proteins and ten proteins out of them seemed to be responsive to UV-B : a protein was, ATP synthase CF1 alpha chain, down regulated and nine proteins (Chlorophyll a/b bindng protein type I, Chlorophyll a/b binding protein type II precursor, Photosystem I P700 chlorophyll a apoprotein A2, DNA recombination and repair protein recF, Galactinol synthase, S-adenosyl-L-methionine, Heat shock protein 21, Calcium-dependent protein kinase(CDPK)-like, Catalase) were up-regulated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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