全 文 ：书·研究报告·
收稿日期:2014 － 11 － 22
基金项目:国家自然科学基金 (编号:NSFC 31060166 and NSFC
31460053);云南省中青年学术技术带头人后备人才(编号:
2012 HB 018)资助。
作者简介:赵银河(1967 －)，女，遗传学博士，副教授，主要从事发育遗
传学研究。
莲瓣兰大雪素 SOC 1 基因克隆和系统发育分析
赵银河， 彭 晟， 周 平， 赵 婧， 艾洪莲
(云南农业大学农学与生物技术学院， 昆明 650201)
摘要:控制植物开花的途径有光周期现象、GA、春化途径、自主途径等，在光周期途径中，CO基因促进开花通过直接上调
FT和 SOC 1 基因表达，SOC 1 基因是 MADS-box基因家族中控制开花时间的基因，在花发育过程中起重要作用。本研究
以莲瓣兰大雪素为实验材料，用 RACE方法快速地克隆全长 cDNA，生物信息学分析全长 cDNA 为 912 b，具有完整的开
放阅读框( ORF) 672 bp，编码 223 氨基酸的蛋白质，通过系统发育分析获得一个 SOC 1 同源基因。本实验为进一步对这
个基因的功能研究奠定了基础。
关键词: 植物花器官;莲瓣兰大雪素;SOC 1 基因;基因克隆;系统发育
中图分类号: S 682． 31 文献标志码: A 文章编号: 1001 － 4705(2015)05-0001-05
Clone and Phylogenetic Analysis of a SOC 1 Gene of Cymbidium tortisepalum
ZHAO Yin-he，PENG Sheng，ZHOU Ping，ZHAO Jing，AI Hong-lian
(College of Agronomy and Biotechnology and Engineering Center，Yunnan Agricultural University，
Kunming 650201，China)
Abstract:There are photoperiod，GA，vernalization，and independent pathways to control plant flowering． CO
gene promotes flowering through regulating FT(FLOWERING LOCUS T)and SOC 1(SUPRESSOR OF OVER-
EXPRESSION OF CONSTANS 1)gene expression directly in the photoperiod pathway． SOC 1，a member of
MADS-box gene family，control flowering time，and it plays an important role in the process of floral develop-
ment． Using rapid amplification of cDNA ends (RACE)to clone cDNA． Bioinformaties analysis showed that
full length was 912 bp，with the open reading frame (ORF)of 672 bp，encoding 223 amino acids． We obtained
the SOC 1 gene from Cymbidium tortisepalum with phylogenetic analysis． It is the basic for further study of this
gene function．
Key words: floral organ;Cymbidium tortisepalum;SOC 1 gene;gene clone;phylogenetic
在植物的生长与发育过程中，花是最重要的器官。
从植物的进化角度来讲，它是植物进行分类的主要依
据。开花是高等植物从营养生长转向生殖生长的一个
重要生理过程，既受到外界环境因素的影响，又受内在
基因的调控，而 SOC 1 基因在花的发育过程中起着重
要作用。
SOC 1 是 MADS-box基因家族的一种，其在营养生
长转向生殖生长过程中起调控作用，可以促进植物开
花［1］。SOC 1 是开花途径中的整合子基因之一，可以
聚合光周期途径、春化途径、自主途径、赤霉素途径这
几条主要调节开花途径的信号，从而联系植物途径中
的各个途径［2 ～ 4］。SOC 1 在 4 个开花途径中的调控:
在光周期途径中，CO基因促进开花是通过上调 FT 和
SOC 1 基因表达，在长日照条件下 FT和 SOC 1 基因的
表达被上调，导致在长日照条件下很快就开花［2］。
SOC 1 基因抑制春化途径中的开花抑制基因 FRI 基因
和 FLC基因的表达，进而促进晚花型拟南芥开花，同
时还促进了植株从营养生长阶段向生殖阶段的转变。
FT基因和 SOC 1 基因都有一个共同的上游调节基因
CO基因，但是 CO基因并不直接调控 SOC 1 基因的表
达，而是直接作用于 FT基因，间接激活 SOC 1 基因的
表达，从而促进植物开花［3］。赤霉素途径中，赤霉素
在顶端分生组织中通过调节 SOC 1 和 LFY 表达，从而
影响植物的开花发育转变。
而 SOC 1 基因基因是属于 MADS-box 基因，
MADS-box 基因是一个庞大的家族，在高等植物的花
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研究报告 赵银河 等:莲瓣兰大雪素 SOC 1 基因克隆和系统发育分析
器官发育过程中扮演者举足轻重的作用，在拟南芥、番
茄等植物中，已分离出了大量的 MADS-box 基因。
MADS-box基因家族成员根据序列结构特征分为Ⅰ和
Ⅱ两种类型，其中类型Ⅰ基因只含有 MADS-box 结构
域。在植物中，大部分已知功能的 MADS-box 都属于
类型Ⅱ。Ⅱ型 MADS-box 基因由 MADS、L、K 和 C 结
构域 组 成，又 称 为 MIKC 类 MADS-box 基 因。
MADS-box区是由 50 ～ 60 个氨基酸所组成的高度保守
结构域，另一次级保守区域是 K 区，约有 70 个氨基
酸，位于 MADS-box区与 K区之间有一段约 30 个氨基
酸、保守性较低的间隔区，为Ⅰ区。在 K 区下游是序
列和长度上最具变化的结构域 C 区［5］。作为一个集
成多个开花信号的整合子，SOC 1 已经被深入研究了
十几年。目前 SOC 1 同源基因在甜橙、葡萄、矮牵牛、
苹果中先后被克隆出，尤其是在拟南芥中控制开花诱
导的主要途径已基本明晰，但仍有许多问题尚待解决。
在兰花中，SOC 1 同源基因的研究非常少见，本研
究是通过 RT-PCR 以及 RACE 方法，克隆出全长
cDNA，进一步通过系统发育分析从莲瓣兰大雪素中获
得与兰花开花相关的 SOC 1 基因。本研究将为进一步
研究莲瓣兰大雪素花器官发育的分子调控机制奠定基
础，为莲瓣兰大雪素分子育种提供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 材 料
所采用的材料为莲瓣兰大雪素 (Cymbidium
tortisepalum)，是中国兰花中的优秀品种，也是滇兰莲
瓣兰中的一颗明珠，是莲瓣兰中的优秀代表品种。
1． 2 必要培养液的配置
200 mL LB培养液的配制:2 g 胰蛋白胨、1 g 酵母
提取物、1 g NaCl(pH =7)，若配制固体培养基则加 3 g
琼脂。
1． 3 实验设备
计算机、PCR仪、电泳槽、离心机、振荡床、超净工
作台、恒温培养箱、冰箱、灭菌锅、烘箱、移液设备、容
器、刮子等。
1． 4 RNA的提取
选用 TransZol Plant(TransGen Biotech，Beijing，
code#ET 121-01)提取大雪素花器官的 RNA，严格按照
试剂盒进行。
1． 5 特异性引物设计
3-RACE CDC Primer
5-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGTAC(T)30 VN-3
SOC1-F 5-TTGAAAAGAGAGTAAGAGATGGGA-3
SOC1-R 5-ACAACTGGGAGAACTTCTTTCCATACTGA-3
1． 6 cDNA的合成
按 SMART RACE cDNA Amplication Kit 操作流程
进行。3’SMART-RACE PCR 加入以下试剂于灭菌的
PCR反应管中:
Total RNA 2 μg
10 × Advantage PCR Buffer 5 μL
10 mM dNTP mix 4 μL
Primers (10 μM) 各 0． 75 μL
Advantage 2 Polymerase Mix 2 μL
ddH2O 11． 25 μL
混合以上试剂，短暂离心，42 ℃反转录 1 h，放在
冰上，然后取 1 μL继续进行以下步骤:
以上反应物 1 μL
10 × PCR buffer 2． 5 μL
2． 5 mM dNTP mix 2 μL
Primers (10 μM) 各 0． 75 μL
Taq 酶(5 U /μL) 0． 25 μL
ddH2O 17． 75 μL
混合以上试剂，短暂离心，将反应管放在预热的
PCR仪上，按下列程序进行循环:35 个循环;94 ℃ ×
3 min 30 s，94 ℃ × 20 s，58 ℃ × 30 s，72 ℃ × 1 min，
72 ℃ × 7 min，4 ℃ × ∞循环结束后，取 3 μL 样品在
1%琼脂糖凝胶上电泳，检测合成情况。
1． 7 电泳检测，割胶回收目的片段
取 5 μL的 PCR产物，用 1． 0%琼脂糖凝胶电泳分
析。然后严格按照天根公司胶回收试剂盒进行胶回
收。回收目的片段连接到 Promega pGEM@ T-easy 载
体上，转化大肠杆菌 DH5a感受态细胞，随机筛选白色
菌落，送北京华大基因公司进行测序。
1． 8 序列比对和系统发育树的构建
用 Blast在 NCBI中搜索其他物种中 SOC 1 相似基
因序列，利用 CLUSTAL-x软件进行氨基酸多序列比对
分析，并用 MEGA-5 软件基于邻位相连法构建系统发
育树。
2 结果与分析
2． 1 RACE克隆莲瓣兰大雪素(Cymbidium tortisepalum)
SOC 1 基因的全长
用转录组测序方法获得了 SOC 1 基因的序列，在
NCBI http:/ /www． ncbi． nlm． nih． gov /database 中进行
功能预测是 SOC 1 的 5端序列。为了进一步研究这些
基因的功能及表达特性，克隆了全长序列 cDNA。对
瓣兰大雪素不同发育时期的花原基、花蕾以及合蕊柱
混合样品进行 Total RNA 的提取，琼脂糖凝胶电泳方
法监测 RNA的质量;以 Total RNA为模板，按照 RACE
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第 34 卷 第 5 期 2015 年 5 月 种 子 (Seed) Vol． 34 No． 5 May． 2015
图 1 SOC 1 基因的核苷酸序列和编码的氨基酸序列
图 2 SOC 1 蛋白质结构域的比较
试剂盒的说明进行反转录后得到 3端和 5端 cDNA 模
板，对 3端的 cDNA 模板进行特异引物和 Outprimer 进
行 PCR扩增，获得 3端片段，然后 5端与 3端的序列进
行拼接，在 5和 3端设计特异引物，再一次进行全长
cDNA的克隆，对菌液 PCR进行进一步的测序，获得这个
基因的全长 cDNA。这个基因 cDNA 全长为 912 bp，包
含有编码框，1 个长为 84 bp 的 5UTR 和 115 bp 3UTR
的非翻译区，具有完整的开放阅读框(ORF)672 bp，编码
223氨基酸的蛋白质，如图 1。从莲瓣兰大雪素中分离
出来的 SOC 1基因，是属于 MADS-box基因。
2． 2 蛋白质结构域和系统发育分析
用 ClastalX(Thompon et al 1997)对在 Asarum
caudigerum克隆的 SOC 1 MADS-box genes 与 GenBank
下载的有关的 SOC 1 MADS-box genes的蛋白质序列进
行对齐，然后进一步比较其结构域，与其他 4 个自于兰
科的石斛兰(Dendrobium hybrid cultivar)，珍稀细茎石
斛(Oncidium hybrid cultivar)以及小兰屿蝴蝶兰
(Phalaenopsis equestris)SOC 1 蛋白结构域进行比较，结
果表明，从莲瓣兰大雪素中分离出来对促进植物开花
起关键作用的 SOC 1 基因，是属于 MADS-box基因，具
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研究报告 赵银河 等:莲瓣兰大雪素 SOC 1 基因克隆和系统发育分析
图 3 SOC 1 MADS-box基因的进化分析
有典型的 MIKC domain，并且 MADS
domain和 K-domain很保守(图 2)。
用 ME法对来自于莲瓣兰大雪素
的 SOC 1 基因进行系统树的构建，通
过系统发育重建发现，从莲瓣兰大雪
素中分离出来的 SOC 1 基因与来自于
兰科的石斛兰 (Dendrobium hybrid
cultivar)，珍稀细茎石斛(Oncidium
hybrid cultivar)以及小兰屿蝴蝶兰
(Phalaenopsis equestris)的 SOC 1 基因
具有支持率并聚为一枝，并且支持率
达到 91%(图 3)。
3 讨 论
本实验以莲瓣兰大雪素作为材料
分离出 SOC 1 基因，通过 RACE 方法
快速克隆出全长 cDNA，电泳凝胶结
果显示，这个基因 cDNA 全长为 912
bp，具有完整的开放阅读框 (ORF)
672 bp，可编码 223 个氨基酸。将获
得的序列及其推导的氨基酸序列在
NCBI上进行 Blastx分析，发现其编码
的蛋白质含有典型的 MADS 结构域
(MADS-MEF 2-like)和 K结构域，这 2
个保守结构域是 MADS-box 基因家族
的典型特征，具有高度保守性，与
MADS-box家族中从其他植物提取出的 SOC 1 基因具
有很高的同源性。
SOC 1 是 MADS-box基因家族的一种，其在营养生
长转向生殖生长过程中起调控作用，可以调控植物开
花［1］。SOC 1 作为一个 MADS 转录因子，它能够整合
来自 4 条主要的开花调控途径(光周期途径、自主途
径、春化途径、赤霉素途径)，促进开花，它的上游基因
CO、FT以及赤霉素信号可以上调 SOC 1 的表达，但
SVP、FLC却下调 SOC 1 的表达;SOC 1 和 AGL 24 之间
能形成正反馈回路，同时 SOC 1 和 AGL 24 蛋白还可以
相互作用激活下游基因 LFY的表达，调节下游花器官
特征基因，实现花期调控［6］。
blastx 分析表明，其编码的蛋白质含有典型的
MADS 结构域 (MADS-MEF 2-like)和 K 结构域。
MADS-box基因的 4 个结构域在序列和结构上都存在
差异，这与其功能的发挥关系密切。M 区由位于 N 端
的高度保守的约 58 个氨基酸组成，具有 DNA 结合和
蛋白质二聚化等功能;K 区约有 70 个氨基酸，形成 3
个 α 螺旋组成的 coiled-coil 结构，因与角蛋白
(keratin)的同源性较高而得名，参与蛋白质间的相互
作用;Ⅰ区位于 M区和 K区之间，序列保守性较低，决
定转录因子与 DNA 的特异性结合。C 区在序列和长
度上最不保守，主要由疏水氨基酸组成，在蛋白复合体
的形成和转录激活中起重要作用。
进化分析结果表明，该序列与其他植物上克隆出
来的 SOC 1 基因有很高的同源性，特别是兰科植物，其
支持率达到 91%，这些结果表明它们的生物学功能很
可能是类似的。而在莲瓣兰大雪素中分离克隆出
SOC 1基因，将为后续的功能研究提供基础，从而最终
了解 SOC 1 在莲瓣兰大雪素中的开花调控。
目前，作为一个集成多个开花信号的整合子，
SOC 1基因已经被深入研究了十几年，尽管已经对模式
植物拟南芥 SOC 1 基因研究了很多，但是仍然有许多
尚待解决的问题，在兰花中的研究还很少见，而且兰花
SOC 1 基因的克隆以及 SOC 1 与开花相关基因、蛋白
的作用关系还有待进一步研究，另外，SOC 1 基因可以
诱导开花，但其分子机理以及在莲瓣兰花中的调控机
制还有待研究。
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第 34 卷 第 5 期 2015 年 5 月 种 子 (Seed) Vol． 34 No． 5 May． 2015
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参考文献:
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［4］李昱，罗志鹏，赵淑清． 拟南芥开花时间调控的整合途径
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［5］王翔，郭侠斌，王创云，等． 植物 MADS-box 基因研究进展
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子机制［J］．中国蔬菜，2013(6):1 － 8．
收稿日期:2014 － 12 － 27
基金项目:公益性行业(农业)科研专项(编号:201303002);山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(编号:BS 2014NY007);山东省旱地作物水分高
效利用创新团队(编号:62112 N 5);青岛农业大学高层次人才基金项目(编号:631219)。
作者简介:江绪文(1982 －)，男，讲师，主要从事种子活力研究;E-mail:mjxw888@ 163． com。
通讯作者:李贺勤(1981 －)，女，讲师，主要从事植物逆境生理生态机制及调控研究;E-mail:hqliaau@ 163． com。
PEG-6000 模拟干旱胁迫对 5 个玉米品种种子萌发及活力的影响
江绪文1， 李贺勤1， 王晓琨1， 张文健1， 王建华2
(1．青岛农业大学农学与植物保护学院 /山东省旱作农业技术重点实验室， 山东 青岛 266109;
2．中国农业大学农学与植物保护学院 /种子科学研究中心， 北京 100193)
摘要:以郑单 958、鲁单 818、金海 5 号、农华 101 和蠡玉 35 共 5 个玉米品种种子为材料，采用 PEG-6000 模拟干旱胁迫处
理，研究干旱胁迫对不同玉米品种种子萌发及活力的影响。结果表明，干旱胁迫下，各玉米品种种子萌发均受到不同程
度抑制，且随 PEG质量分数的增加抑制作用越明显。综合各项活力指标，5 个玉米品种抗旱性强弱顺序为郑单 958 ＞鲁
单 818 ＞金海 5 号 ＞农华 101 ＞蠡玉 35。
关键词: 干旱胁迫;玉米;种子;萌发
中图分类号: S 513 文献标志码: A 文章编号: 1001 － 4705(2015)05-0005-04
Effects of PEG-6000 Simulated Drought Stress on Seed
Germination and Vigor of Five Maize Varieties
JIANG Xu-wen1，LI He-qin1，WANG Xiao-kun1，ZHANG Wen-jian1，WANG Jian-hua2
(1． Shandong Provincial Key Laboratory of Dryland Technology /College of Agronomy and Plant Protection，
Qingdao Agricultural University，Qingdao Shandong 266109，China;
2． Seed Science Research Center /College of Agriculture and Biotechnology，
China Agricultural University，Beijing 100193，China)
Abstract:The seeds of five maize varieties such as Zhengdan 958，Ludan 818，Jinhai No． 5，Nonghua 101 and
Liyu 35 were used as materials，the seed germination and vigor were studied under PEG-6000 simulated
drought stress． Results showed that the seed germination of five maize varieties were inhibited under drought
stress，and the inhibitory effect increased significantly with the increase of PEG concentrations． Considering the
various indexs，the order of drought resistance of five maize varieties:Zhengdan 958 ＞ Ludan 818 ＞ Jinhai
No． 5 ＞ Nonghua 101 ＞ Liyu 35．
Key words: drought stress;maize;seed;germination
现阶段干旱是我国不同生态区玉米产量限制的重
要因素［1］，旱灾面积占全年成灾面积的 1 /2，对玉米安
全生产威胁极大［2］。长期以来，对玉米整个生育期与
水分关系的研究一直是玉米抗旱研究的重要内容。
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研究报告 江绪文 等:PEG-6000 模拟干旱胁迫对 5 个玉米品种种子萌发及活力的影响