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2008 年 第 53 卷 第 22 期: 2760 ~ 2767


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《中国科学》杂志社
SCIENCE IN CHINA PRESS 论 文
拟南芥 DELLA下游的 GASA基因表达研究
张盛春, 王小菁*
华南师范大学生命科学学院, 广东省植物发育生物工程重点实验室, 广州 510631
* 联系人, E-mail: wangxj@scnu.edu.cn
2008-09-01 收稿, 2008-10-10 接受
国家自然科学基金(批准号: 30570165)和广东省科技攻关(批准号: 2005B20901014 和 2006A20101007)资助项目

摘要 赤霉素(gibberellins, GAs)信号转导途径相关组分的分离与功能研究对于最终阐明GA作用机
制十分重要, 目前赤霉素信号途径关键因子 DELLA 的下游组分研究较少. 拟南芥中受 GA 调控的
GASA (GA-Stimulated in Arabidopsis)家族共有 15个基因, 预测所有 GASA蛋白的 N端均有一可剪
切的信号肽, C端含有 12个半胱氨酸的 GASA保守结构域. RT-PCR结果证实, 在 DELLA突变体
gai-t6 和 rga-24以及二者双突变体中, GASA4和 GASA6 的表达上调而 GASA1和 GASA9 下调, 与
GASA4和 GASA6表达受外源赤霉酸(GA3)促进而 GASA1和 GASA9表达受 GA3抑制的结果相一致.
除此之外, 其他一些GASA基因表达也分别受GA3和脱落酸(ABA)的独立或共同调控. 大部分GASA
基因在根、茎、叶、花和幼嫩荚果中均有表达. 利用启动子驱动GUS报告基因的方法研究了GASA6,
GASA7, GASA8, GASA9, GASA10, GASA11和GASA12等 7个基因的器官表达特异性, 发现在生长分
化旺盛的组织器官及离层区均有这些基因的表达, 可能与细胞的分裂和生长有关. 本研究为 GASA
基因家族在 GA和 ABA 信号途径中的功能研究提供重要依据.
关键词
拟南芥
GASA
DELLA
赤霉素
脱落酸


赤霉素(gibberellins, GAs) 对植物生长发育, 包
括种子萌发、茎的伸长、花的诱导与发育、果实发育
等有重要的调控作用[1]. GA受体 GID1[2]和关键因子
DELLA蛋白[3,4]的发现使 GA信号转导途径的研究取
得了重要进展. 目前, GA 信号途径主要有依赖和不
依赖 DELLA 蛋白的两条途径 . 尽管有研究表明 ,
DELLA蛋白可通过抑制下游的 GIS和 GL1来控制表
皮毛的分化[5], 通过抑制 AP3 等来调控花的发育[6],
通过调控 miR159及GAMYB来调控花粉囊的发育和
开花[7]. 但仍需要分离鉴定更多 DELLA 下游的信号
组分, 特别是将 DELLA蛋白与细胞分裂和伸长直接
相关的靶基因连接起来, 为最终阐明 GA调控生长的
机制提供证据.
Shi 等人[8]在赤霉素缺失的番茄突变体 gib1 中获得
了 GAST1 (GA-stimulated transcript 1)基因, 并陆续从番
茄 (Lycopersicon esculentum)[8,9]、矮牵牛 (Petunia hy-
brida)[10,11]、马铃薯(Solanum tuberosum)[12,13]、水稻(Oryza
sativa)[14]、非洲菊(Gerbera hybrida)[15]、草莓(Fragar-
iaxananassa)[16]以及拟南芥(Arabidopsis thaliana)[17,18]
中获得了同源基因, 由此组成了 GASA (GA-stimulated
in Arabidopsis)基因家族. GASA蛋白的结构包含 3个
部分: (ⅰ) N-端的信号肽序列, 一般由 18~29个氨基酸
残基组成; (ⅱ) 亲水区域, 紧接着信号肽的后面, 主
要由极性氨基酸残基组成; (ⅲ) C-端是由 60个左右氨
基组成的高度保守的结构域, 即 GASA 结构域. 对已
分离获得的 GASA 基因进行的分析表明, 该基因家族
编码的蛋白可能与细胞分裂或伸长相关.
已有的研究表明, 大多数 GASA基因受GA调控.
GA诱导 GAST1的表达[8], 番茄中 GAST1的另一个同
源基因 RSI-1的表达则受生长素的诱导[9]; GA诱导非
洲菊(Gerbera hybrida) GEG 基因在花冠和心皮中表
达 [15]; 赤霉酸 (GA3)诱导矮牵牛中分离得到的 4 个
GIP同源基因(GIP1, GIP2, GIP4和 GIP5)的表达[19];
GA3促进水稻和 GA 合成缺失突变体中 OsGASR1 和




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OsGASR2 的表达[14]; 外施 GA3可以增加 FaGAST 在
草莓果实中的转录水平[16].
在拟南芥中, GASA1~GASA4 在 GA 的作用下有
不同的表达模式, 尽管 GA诱导 GASA1和 GASA4的
表达, 但 GASA2 和 GASA3 的表达并不受 GA 的影
响[17,18]. 通过对拟南芥 GASA家族基因的启动子进行
生物信息学分析发现, 启动子区域存在较多的 GA顺
式作用元件 GARE 和脱落酸 (ABA)顺式作用元件
ABRE, 暗示 GASA家族基因与 GA和 ABA的相关性
较大. 至今还缺乏对拟南芥 GASA 家族 15 个成员的
特征、表达模式以及与 GA和 ABA的关系进行全面
分析的研究, GASA基因与 DELLA基因的关系也未见
报道 . 本研究通过生物信息学方法分析各成员之间
的结构特征, 利用RT-PCR和启动子连接GUS报告基
因的方法研究 GASA基因家族的时空表达模式, 同时
研究 GASA基因对外源 GA3和 ABA的响应以及在赤
霉素信号关键组分DELLA基因缺失突变体中的表达,
为研究 GA信号途径提供线索, 同时为阐明 GASA家
族蛋白如何协同调控生长发育奠定基础.
1 材料与方法
(ⅰ ) 实验材料 . 所用的野生型拟南芥为
Columbia (Col-0)和 Landsberg erecta (Ler), 购于
Arabidopsis Biological Resource Center, 并繁殖获得.
突变体 gai-t6, rga-24以及 gai-t6/rga-24 为 Ler 型背景,
由中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员
惠赠.
激素处理实验以 15 d (从播种开始计算) Col拟
南芥为材料 , 将植株的根部置于浸泡无菌水 , 100
µmol/L GA3, 10 µmol/L多效唑(Paclobutrazol, PAC)和
100 µmol/L ABA的滤纸上, 黑暗处理 4 h, 提取RNA.
GA3与 PAC为 Sigma 产品.
采用在 MS 培养基中生长 15 d 的 Ler, gai-t6,
rga-24 以及 gai-t6/rga-24 为材料提取 RNA 进行
RT-PCR, 检测 DELLA 突变体中 GASA 基因的表达.
采用 15天龄拟南芥的根, 35天龄拟南芥的莲座叶, 45
d龄的茎生叶、茎、花及幼嫩荚果进行各组织中 GASA
基因表达检测. 采用 12 d 的转基因及对照植株幼苗
进行 GUS 染色.
(ⅱ) GUS组织化学染色. 参考 Jefferson等人[20]
的方法, 在含有 1 mmol/L EDTA, 0.1% Triton X-100,
100 µg/mL氯霉素, 2 mmol/L铁氰化钾, 2 mmol/L亚
铁氰化钾的 50 mmol/L 磷酸缓冲液(pH 7.0)中加入
100 mg/mL X-Gluc 母液(N,N-二甲基甲酰胺溶解), 使
X-Gluc 终浓度为 1 mg/mL. 取幼苗或组织剪成小块置
于1 mL配制好的上述染色液中, 37℃温育12 h, 期间摇
动数次, 70%乙醇脱色至透明 , 在 Nikon 显微镜下
(10×10倍)观察并拍照. X-Gluc为 Genview公司产品.
(ⅲ) 载体构建. GUS 基因的植物表达载体为
pBI101. 把含有目的启动子连接的 T载体克隆后, 测
序正确的各基因启动子片段利用 HindⅢ和 BamHⅠ
双酶切后 , 与相同酶切后的植物表达载体连接. 以
pBI101 质粒为对照 , 连接后的质粒转化农杆菌
LBA4404, 利用花粉管浸泡法转化拟南芥, 卡那霉素
筛选转基因植株并用 PCR进行检测.
(ⅳ) RT-PCR. 利用 TRIzol试剂(Invitrogen)提取
总 RNA 后, 用 DNAaseⅠ(TaKaRa) 处理以消除基因
组 DNA 的污染 . 定量后取等量的 RNA 利用
PrimeScriptTM反转录试剂盒(TaKaRa)进行 cDNA第一
链合成, 再取等量的 cDNA为模板进行 PCR反应, 反
应 26个循环, 取 15 µL PCR产物电泳检测. RT-PCR
电泳后利用 BioImage (Gene company Ltd.)系统拍照,
采用 Gene Tools软件(Gene Company Ltd.)对 PCR产
物进行量化计算 , 目的基因的相对表达量以基因电
泳条带的吸光度峰值与内参基因 Actin的吸光度峰值
的比值来表示. 在严格保证样品处理, 总 RNA 提取,
cDNA 合成, PCR, 拍照等过程中各条件和参数条件
一致的情况下进行 3次重复实验.
(ⅴ) 实时荧光定量 PCR. 利用 7300 Real Time
PCR 扩增仪(Applied Biosystems Company)进行实时
荧光定量 PCR 实验, 荧光染料试剂盒采用 SYBR
Premix Ex Taq (TaKaRa), 总 RNA提取和纯化方法同
上. 利用 PrimeScriptTM RT Reagent Kit (Perfect Real
Time) (TaKaRa)试剂盒对 0.5 µg总 RNA进行 cDNA
合成, cDNA产物稀释 10倍. 每 20 µL PCR反应体系
中含 1×SYBR Premix Ex Taq, 上下游引物各 0.2
µmol/L, 以及 2 µL 稀释的 cDNA. 按以下程序进行
PCR反应: 95℃, 15 s; 95℃, 4 s, 60℃, 15 s, 72℃, 31 s,
40 个循环; 最后采集融解曲线. 利用 7300 仪器系统
自带软件 (SDS V1.3)对数据进行统计分析, 以 18S
rRNA 为内参对照对数据进行均一化处理, 以 2−∆∆Ct
表示目的基因的相对表达量, 实验重复 3 次.
2 结果与分析
2.1 拟南芥 GASA基因的命名
在 TAIR 7.0中, 拟南芥 GASA家族共有 15个成
员, 把 15个GASA基因命名为GASA1~GASA15, 各基



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因在 NCBI和 TAIR等数据库中相对应的基因号码见
表 1. 大多数 GASA 蛋白含有 100 个左右的氨基酸,
所有 GASA蛋白的 N端均有一可剪切的信号肽, C端
含有 60 个左右氨基酸的 GASA 保守结构域, GASA
结构域中含有 12 个位置保守的半胱氨酸.

表 1 拟南芥 GASA家族基因的命名
基因 拟南芥 基因号
氨基酸长度
/个
信号肽剪切点
(后)a)
GASA
结构域
GASA1 At1g75750 98 23 39~98
GASA2 At4g09610 99 25 39~98
GASA3 At4g09600 99 26 40~99
GASA4 At5g15230 106 25 46~106
GASA5 At3g02885 97 27 38~97
GASA6 At1g74670 101 23 42~101
GASA7 At2g14900 108 23 49~108
GASA8 At2g39540 87 25 29~87
GASA9 At1g22690 119 24 60~119
GASA10 At5g59845 89 25 29~89
GASA11 At2g18420 88 23 28~88
GASA12 At2g30810 106 22 47~106
GASA13 At5g15230 275 21 215~275
GASA14 At1g10588 90 26 31~90
GASA15 At3g10185 103 20 44~103
a) 信号肽剪切位点的分析软件为 TargetP 1.1

利用 MEGA 软件(MEGA 3.1)的邻位相连法(NJ)
对拟南芥GASA家族 15个成员的氨基酸进行了聚类分
析, 生成的 NJ系统进化树如图 1所示. 根据相互之间


图 1 拟南芥 GASA基因家族系统进化树
系统进化树利用 MEGA 软件(MEGA 3.1)的邻位相连法(NJ)生成,
经 Bootstrap 重复验证 1000 次, 分支上的数据表示重复验证可信
度的百分比
的同源性可以把拟南芥 GASA基因家族分为 A, B和 C
三个亚族. 在亚族 A 中有两个同源基因对: GASA1-
GASA11 和 GASA2-GASA3, 亚族 B 中有 GASA8-
GASA14同源基因对, 亚族 C中有 GASA4-GASA6同源
基因对.
2.2 GASA基因家族对 GA3和 ABA 的响应
100 µmol/L GA3, 10 µmol/L PAC和 100 µmol/L
ABA分别处理 15 d的拟南芥幼苗 4 h, 结果(图 2)表
明, GASA4, GASA6, GASA7, GASA8, GASA13的表达
受 GA3的诱导, 其中前 3个基因还受 GA合成抑制剂
PAC的抑制. GASA1, GASA5, GASA9和 GASA11的表
达受外源 GA3的抑制, PAC处理对这几个基因的表达
的促进作用很微弱 . GA3 对 GASA10, GASA12,
GASA14和 GASA15的表达无明显影响. ABA通常与
GA3 有拮抗作用 , 它可诱导 GASA2/3, GASA5 和
GASA14 的表达 , 其中对 GASA2/3 作用最明显 .
GASA7和 GASA9的表达受 ABA的抑制, ABA对其他
基因的表达没有明显影响.
2.3 GASA基因在 DELLA突变体中的表达
利用RT-PCR检测DELLA基因缺失突变体 gai-t6,
rga24以及双突变体 gai-t6/rga24中GASA基因的表达,
结果发现, 与野生型(Ler)相比, GASA4和 GASA6在 3
种 DELLA 缺失突变体中的表达含量升高, 而 GASA1
和 GASA9的表达则降低(图 3(a)和(b)), 而其他 GASA
基因在这 3 种突变体中的表达水平则没有明显差异
(结果未显示). 研究结果说明, GASA1和 GASA9表达
受 DELLA 促进, 而 GASA4 和 GASA6 的表达则受
DELLA抑制. 由于 DELLA蛋白受 GA的抑制, 因此
GASA4和 GASA6是受 GA诱导的基因, 而 GASA1和
GASA9是受 GA抑制的基因, 与图 2 的结果相一致.
进一步利用实时荧光定量 PCR 检测 GASA1,
GASA4, GASA6 和 GASA9 在拟南芥 DELLA 突变体
gai-t6, rga-24, gai-t6/rga-24中的表达, 与野生型相比,
GASA1 和 GASA9 在突变体中的表达均明显降低, 而
GASA4 和 GASA6 的表达则明显升高, 与 RT-PCR 检
测的结果相一致(图 3(c)).
2.4 RT-PCR 检测 GASA 基因在植物体不同组织的
表达
利用 RT-PCR检测了根、茎、莲座叶、茎生叶、
花和幼嫩荚果等不同组织中 GASA基因的表达. 结果
发现(图 4), GASA1, GASA4, GASA5, GASA7, GASA8,




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论 文

图 2 外源 GA3和 ABA对 GASA家族基因表达的影响
(a) RT-PCR检测外源 GA3和 ABA处理后 GASA1~GASA15基因的表达. 用无菌水(CK), 100 µmol/L GA3 (+GA), 10 µmol/L PAC (+PAC)和
100 µmol/L ABA (+ABA)分别处理 15 d的野生型拟南芥幼苗 4 h. (b) RT-PCR 结果的量化. 比值=目的基因电泳条带的吸光度峰值/Actin
的吸光度峰值 , 数值为平均值±标准差



图 3 DELLA突变体中 GASA基因的表达
(a) RT-PCR 检测 DELLA突变体中 GASA1, GASA9, GASA4 和 GASA6 的表达变化. (b) RT-PCR 结果的量化. 比值=目的基因电泳条带的吸
光度峰值/Actin的吸光度峰值, 数值为平均值±标准差. (c) Real-Time PCR 检测 DELLA突变体中 GASA1, GASA4, GASA6和 GASA9的表
达 , 通过以 18S rRNA为内参对照对数据进行均一化处理后, 以 2−∆∆Ct表示目的基因的相对表达量, 倍数表示相对于野生型(Ler)对照 , 基
因在突变体中表达量的变化 , 数值为平均值±标准差 . gai, gai-t6; rga, rga-24; gai/rga, gai-t6/rga-24

GASA10, GASA11 和 GASA13 在各个组织均有表达.
GASA2 和 GASA3 因为在染色体上的位置非常近, 且
cDNA的同源性高达 73% (氨基酸同源性为 86%), 在
设计引物的时候不能够区别开来 , 所以我们用同一
对引物来检测 GASA2/GASA3的表达水平. 结果发现,
这两个基因在茎中有较弱的表达 , 其他器官没有表
达. GASA6 在根和莲座叶中没有检测到表达. GASA9
除在根中没有表达外, 在其他组织中均能检测到它的
表达, 但在茎和花中的表达水平较低. GASA12则只是
特异地在幼嫩的荚果中表达, GASA14特异地在拟南芥
的根中表达, 而 GASA15 在根和荚果中没有表达.
2.5 GASA基因启动子驱动 GUS在植物体不同组织
的表达
通过将转基因拟南芥不同发育时期的组织器官进
行 GUS 染色, 从图 5 中可以看出, 在根中, pGASA6::
GUS 的表达主要集中在根尖(a)和侧根发生位点(b);
在幼苗生长时期的地上部分, pGASA6::GUS 的表达
在茎尖生长点、子叶叶柄、真叶叶柄、下胚轴的维管
组织 (c)以及子叶的叶肉细胞 (d)中有非常强的表达.
在生殖生长阶段, pGASA6::GUS 主要在花序轴(e)、



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图 4 GASA基因在拟南芥不同组织中的表达
1, 15 d龄植株的根; 2, 45 d龄植株的茎; 3, 35 d龄植株的莲座叶; 4, 45
d龄植株的茎生叶; 5, 45 d龄植株的花; 6, 45 d龄植株的幼嫩荚果
茎生叶的维管以及茎生叶基部新生的花序轴分枝(f),
花萼的微管组织、花药、花丝、未成熟的种子以及
各轮花器官着生处即离层区有较强表达(g). Roxrud
等人[21]报道 pGASA10::GUS 在根、子叶、莲座叶、
种子等部位表达 . 我们还在刚萌发幼苗的子叶和胚
轴中检测到非常强的 GUS染色(h), GUS 在幼苗茎尖
以及刚生长出的真叶中有很强的表达(i). 在生殖阶
段, 还能在花器官萼片的维管组织(j)、花丝以及柱头
顶端检测到 GUS 染色(k). 在 pGASA8::GUS 转基因
幼苗中, 除Roxrud等人[21]报道的根和幼嫩的种子外,
我们在幼苗子叶叶柄、子叶、茎尖以及刚长出的真
叶叶柄(l), 下胚轴和下胚轴维管组织中(m)检测到了
非常强的 GUS表达, 成熟的莲座叶中 GUS表达也较
强(n). 进入生殖期后, GUS的表达主要集中在花萼、
花瓣基部的维管组织、花丝和柱头顶部(o), 荚果中
果柄与果荚的交界处即离层区也能检测到基因的表
达(p).
在 pGASA11::GUS 转基因植株中(图 6), GUS 在


图 5 GASA6, GASA8, GASA10 基因启动子驱动 GUS 的表达模式
(a)~(g) pGASA6::GUS 植株: (a) 根尖; (b) 侧根发生点; (c) 幼苗的茎尖生长点、子叶叶柄、真叶叶柄、下胚轴的维管组织; (d)
子叶; (e) 花序轴; (f) 茎生叶及花序轴分枝; (g) 花萼、花药、花丝、未成熟的种子以及离层区. (h)~(k) pGASA10::GUS 植株:
(h) 子叶和胚轴; (i) 茎尖; (j) 花萼; (k) 花丝和柱头 . (l)~(p) pGASA8::GUS 植株: (l) 幼苗子叶叶柄、子叶、茎尖以及刚长出
的真叶叶柄; (m) 下胚轴; (n) 成熟莲座叶; (o) 花器官; (p) 离层区





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论 文

图 6 GASA11, GASA12, GASA9 和 GASA7基因启动子驱动 GUS的表达模式
(a)~(f) pGASA11::GUS植株: (a) 主根; (b) 下胚轴; (c) 莲座叶; (d) 茎生叶; (e) 花药; (f) 离层区; (g)~(i) pGASA12::GUS植株:
(g) 茎尖; (h) 果荚; (i) 幼嫩种子; (j)~(l) pGASA9::GUS 植株: (j) 茎尖、子叶叶柄和下胚轴; (k) 莲座叶; (l) 花器官; (m)~(p)
pGASA7::GUS 植株: (m) 主根; (n) 莲座叶; (o) 花丝和胚珠; (p) 离层区

主根(a)和下胚轴的维管组织(b)表达较强, 在莲座叶
(c)以及茎生叶(d)中也有表达; 花器官中, GUS 比较
特异地在花药中表达(e); 荚果中, GUS只在果柄与果
荚的交界处即离层区(f)表达明显. pGASA12::GUS 活
性具有比较明显的专一性(图 6), 在营养生长阶段,
目前只在转基因植株幼苗的茎尖分生组织区(g)检测
到 GUS 表达, 而在生殖生长阶段, 只在荚果的果荚
上(h)检测到 GUS 染色, 尤其是在果荚背缝线的维管
组织中(i)表达明显 , 同时未成熟的种子中也有 GUS
表达(i).
如图 6所示, pGASA9::GUS转基因植株的营养生
殖阶段, GUS染色主要在茎尖、子叶叶柄、下胚轴(j)
以及莲座叶的维管组织(k)中被检测到 , 生殖生长阶
段, GUS基因主要在花萼、花丝、柱头顶端以及幼嫩
的种子中表达 , 同时在花器官着生的基部即离层区
的表达也较强(l). 在 p GASA7::GUS转基因植株(图 6)
中, GUS 在主根(m)和莲座叶的微管组织(n)中表达非
常强 , 生殖阶段的花丝和胚珠(o)中能够检测到基因
的表达 , 荚果中表达主要是集中在果柄与果荚交界
离层区(p).
3 讨论
拟南芥 GASA 基因家族有 15 个成员, 所有成员
均具有 1个 20~27个氨基酸长度的信号肽, 并且在信
号肽后面均具有一个剪切位点(表 1), 整个家族蛋白
可能均属于分泌型胞外蛋白 . 蛋白功能结构域分析
发现, 14个成员均含有 1个保守的 GASA结构域, 包
含了 60 个左右的氨基酸. 而 GASA13 蛋白除具有
GASA结构域外, 还具有一个 PRP结构域. PRP结构
域是细胞壁蛋白一个重要的特征 , 彭建宗等人[22]在
非洲菊(Gerbera hybrida)中发现了一个新的细胞壁蛋
白 PRGL, 该蛋白与 GASA13 具有较高同源性, 也同
时具有 PRP和 GASA两个结构域. GASA13基因同时
含有 PRP 结构域和 GASA 结构域, 从一个方面说明
GASA 结构域也可能与细胞壁相关. 研究表明, 水稻
中的 OsGASR1 和 OsGASR2[11]位于细胞壁, 而拟南
芥 GASA蛋白的定位需要进一步的实验证明.
一些植物基因的启动子序列上存在与植物激素相
关的顺式作用元件, 最常见的 GA 顺式作用元件是
GARE, 而与之相拮抗的则是受 ABA 调控的顺式作用
元件 ABRE[23]. 我们利用 PLACE[24]植物顺式作用元件
分析软件, 对拟南芥15个GASA基因ATG上游 1200 bp
左右的序列进行了分析, 发现每个GASA基因的启动子



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序列中均含有 1~4个GARE和 1~5个ABRE, 还存在着
其他类型与 GA 和 ABA 相关的顺式作用元件, 说明
GASA 基因可能受 GA 和 ABA 的双重调控. 外源 GA3
和 ABA 处理后进行基因表达分析的实验结果(图 2)表
明, 除 GASA10, GASA12, GASA14和 GASA15这 4个基
因不受外源 GA3的影响, 其他成员都对 GA3有响应; 5
个成员对 ABA 处理有响应, 其中 GASA4, GASA6 和
GASA7 对外源激素的响应基本一致, 都受 GA3的诱导,
受 PAC和 ABA的抑制, GASA4和 GASA6在进化中也
处于同一亚族的相邻位置 , 属于同源基因对 (图 1).
GASA2/3在对照及 GA, PAC处理过的材料中均未能检
测到表达, 但是对 ABA则非常敏感, 在 ABA处理的材
料中能够检测到较高浓度的表达. GASA2, GASA3 和
GASA4 对外源 GA 的响应与前人的研究结果[17,18]一致.
另外, 受 GA3抑制及 ABA 诱导的基因为 GASA5. GA3
和ABA对GASA9基因都具有抑制作用. 本研究结果表
明, 部分拟南芥 GASA 基因可能是 GA和 ABA这两种
重要植物激素信号的整合子, 为研究 GA和 ABA的相
互作用提供了重要线索.
DELLA 蛋白是赤霉素信号途径中的关键组分, 在
植物的生长发育过程中起着非常重要的作用[1]. 目前,
对DELLA蛋白下游组分基因的发现和功能研究是植物
信号转导研究中的一个热点. GA 能够促进或者抑制
GASA 的表达, 这种调控作用是否经过 DELLA 蛋白而
起作用? GASA是否作为DELLA蛋白的下游靶组分来
起作用? 这些目前还未见报道. 本研究研究表明, GA3
调控GASA1, GASA4, GASA6和GASA9的表达可能通过
DELLA 蛋白起作用 , DELLA 蛋白抑制 GASA4 和
GASA6的表达, 促进GASA1和GASA9的表达(图 3). 而
其他 GASA基因的表达在 DELLA突变体中则没有明显
变化(结果未列出), GA对其他GASA基因的调控有可能
是通过不依赖于 DELLA蛋白的通路起作用. 我们的实
验结果暗示 GASA1, GASA4, GASA6 和 GASA9 是
DELLA 蛋白的下游靶基因. 这些基因的功能以及与
DELLA 之间的详细关系都需要更深入的研究. 我们的
研究为进一步研究 GASA基因的功能提供了重要依据.
Roxrud 等人 [21]首次报道了 GASA8, GASA10 和
GASA13 启动子驱动 GUS 的表达模式, 并对前人所报
道的 GASA1~GASA4 的 GUS 表达模式进行了补充. 本
研究通过对 7个转基因植株进行 GUS染色后的观察可
以看出, GUS的表达主要集中在根、维管组织、下胚轴、
子叶、茎尖、叶、花、荚果、花器官与花柄交界以及荚
果与果柄交界的离层区、种子等器官中, 各个基因在不
同器官中的表达总结于表 2. 从表 2 中可以看出 ,
GASA6, GASA8和 GASA10在不同器官中均有表达, 但
是 RT-PCR 并没有检测到 GASA6 在根中的表达, 从
GUS染色图(图 5)可以看出, GASA6启动子驱动GUS在
根中的表达仅出现在根尖和侧根生长点, 而在根的其
他部位和成熟的侧根中则检测不到 GUS的表达, 因此,
根生长点 RNA 比例少, 检测不到基因的表达是可能的
原因. GASA12表达也有相似的差异, RT-PCR发现在荚
果中有表达, 但 GUS 染色发现它还在茎尖中有较强的
表达 . 与 Roxrud 等人 [21]的结果相比 , 本研究发现
GASA10还在茎尖以及花器官的花萼、花丝以及柱头中
有表达. 此外, Roxrud 等人[21]报道了 GASA8 在根和种
子中有表达, 而本研究则发现该基因还在维管组织、下
胚轴、子叶、茎尖、莲座叶、花萼、花瓣、花丝、柱头、
荚果与果柄交界处的离层区等器官中均有较强的表达.
从 RT-PCR结果(图 4)中可以看出, 大多数 GASA
基因均在花序轴即茎中有表达 , 有些基因在茎中的
GUS 染色只是较弱地存在于部分维管组织中, 但茎
的切口则会有较强的 GUS 表达(结果未显示). 由于
GASA 中的 12 个半胱氨酸的保守结构属于植物抗菌
肽保守结构的一种[25], 因此推测 GASA 蛋白在植物
防御反应中可能会起作用.
在实验中发现一个比较特殊的现象 , 即大部分

表 2 GASA基因的器官表达模式
基因 根 下胚轴 子叶 茎尖 叶 花 荚果 种子 维管束 离层
GASA6 + + + + + + + + + +
GASA7 + − − − + + + − + +
GASA8 +(R)a) + + + + + + +(R) + +
GASA9 − + + + + + + + − +
GASA10 +(R) +(R) +(R) + +(R) + + +(R) +(R) −
GASA11 + + − − + + + − + +
GASA12 − − − + − − + + + +
a) (R)表示 Roxrud等人 [21]的研究结果




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论 文
GASA基因都在花器官与花柄交界处以及果荚和果柄
交界处的离层区有较强的表达 , 离层区主要是在植
物的器官脱落过程中起作用, ABA 在离层区的形成
过程中起重要作用[26], GASA 基因的启动子大都存在
ABA 顺式作用元件 ABRE, 因此可以推测, GASA 基
因在离层区的表达可能是受 ABA所调控的.
大部分基因在茎尖分生组织中有表达, 并且在
其他分生区如根尖、侧根发生点以及花序轴分枝处也
可检测到较强的表达, 推测拟南芥 GASA基因可能与
细胞的分裂有关. 所有 GASA基因在营养丰富的生殖
器官中尤其是在花器官中表达都较强 , 已有的研究
发现非洲菊 GEG 蛋白与花器官的发育相关[15], 在拟
南芥中, GASA蛋白是否与花发育及开花基因相关还
有赖于进一步对它们的功能进行详细研究.
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