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拟南芥亚硫酸盐氧化酶基因AtSO启动子的分离与功能分析(英文)



全 文 :37 4植物生理与分子生物学学报 , oJ “脚1 of p如nt p h , s勿勿岁 a dn M Ole cu 白 r B沁勿盯 2 0 7, 3 (5) : 36 卜 374
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拟南芥亚硫酸盐氧化酶基因 A tS O 启动子的分离与功能分析
夏宗良 ” , 王美平 2 , 刘全军 ’
河南农业 大学 ’ 生命科学学院 , 2 图 朽馆 , 郑州 4 5 0 0 0 2
摘要 : 亚硫酸盐氧化酶 (s 0 )作为目前发现的钥酶家
族成员之一 , 在哺乳动物硫化物的脱毒 、 嗓吟代谢
等过程中起着非常重要的作用 。 然而 , 很少有关于
高等植物 5 0 的表达和调控机制的研究报道 。 本研究
中 , 我们用半定量 R T 一 P C R 和组织化学方法对拟南
芥中 5 0 基因 A tS 口的表达调控进行 了初步研究 。 结
果表明 , A tS O 在拟南芥的地上 部分如茎 、 叶 、 花
和未成熟荚果中有较高的表达水平 , 而在根部表达
水平较低 。 在对分离的该基因上游 1 5 6 2 一b p 的启动
子区域进行生物信息学分析时 , 鉴定出一些可能的
调控元件如光调控元件 ( L R E ) 。 转基因植株中 A tS O
启动 子驱 动下的 G U S 基因 ( iu d A )表达结 果表明 :
A tS 口 的表达主要在植物的地上组织 , 表达具有光依
赖性 , 且表达水平受亚硫酸盐的诱导增高 。 这一结
果对进一步研究 5 0 在植物对光周期和亚硫酸盐胁迫
应答反应中的作用提供线索 。
关键词 : 拟南芥 : 启动 子 ; 亚硫酸盐氧化酶
中图分类号 : Q 7 4
河南省高校教师博士启动基金项目 ( N o . 3 0 4 0 0 2 4 4) 资助 。
* 通讯作者 ( E一 m a i l: z o n g一ia n g x i a @ y a h o o . c o m : T e l : 0 3 7 1一 6 3 5 5 5 7 9 0 ) 。
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,
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o n o f ht e A tS O Por m o et -r u i幽 fu s io n ,
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T r a n s e ir P t io n l e v e ls o f A tS O w e er e x a m i n e d i n A ar b id op
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fl o w e r (F I ) an d im m a tu r e
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s ei r Pt i on al Pat t em w s a r e Po rdu cil y bo bt a in ed inm ul tl i P e
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u Pst r em a
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w h i e h w a s i n a g er e m e n t w iht i t s P r e d i e et d s iez
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(G iu lian o e t a l
.
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.
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n A ar b记 op s括 P l a n st
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s s i o n i n P lan t
,
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Por m o t e -r G U S fu s i o n e o n s utr
e t w a s s t a b ly t r a n s fo mr
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z y g o u s t r an s g
e n i e Pla n t s w e er d e v e l o P e d
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H i s tco h e而 e ia a s s a y s o f s i x i n d e pe n d e n t tr a n s g e n i e li n e s
s h o w e d id e n t i e a l G U S e x P r e s s i o n P a t t e nr s
.
C o n s i s t e n t
w iht ht e s e m i

q u an t i ta t i
v e R-T CP R an
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s i o n l e v e l s o f P r o m o t e -r u idA r e P
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i n m o s t o f t h e o gr a n s e x e e P t fo r r o o t s ( Fig
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n l y
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.
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·
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.
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d e pe n d e n t
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S i x in de pe nd e n t h o m o z y g o u s tr a n s g e n i e li n e s w e er e x am i
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n it e al G U S e x Pre s s i o n Pa t te rn s w e re Pr od u e e d
.
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t h r e e

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.
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一 o ld P la n t s had be e n st ia n e d fo r 12 h
.
T h e or o t t iP a t
w hi e h G U S s at i n i n g s o lu ti o n w a s a PP lied 1
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.
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·
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d e pe n d e n t e x Per s s io n o f A tS O P or mo et -r d ir
v e n G U S
a t w h o le P lan t l
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a d ia g r a m s h o w in g th e A ,5 0 Por m o t e r
· u i d冷 c o n s tur e t ( n o t i n
s e al e of r G U S e od i n g s e q u e n c e )
.
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e Pu at t iv e tr a n s la t io n i n iit a it o n
s iet 15 in id e at de b y an a们氏〕 w (+ l )
.
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v e L R E s aer
s h o w n
.
B
,
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一 o l d P r o m o te r
一 u id A tra n s g e n ie P l a n t s g ro w n o n M S
m e d i u m P l at e s w e re k e P t in th e d ar k fo r 12 h
,
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20 h
.
A ft e r G U S s t a i n i n g
,
w h o le Pla n t s w e re P h o to g r a P h e d u n d e r
hte
s
ame
e x op s ur e e on d i t i on
.
B =ar 2 m
.
C
,
3

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r -
u id冷 t r a n s g e n ic P la n t s g or w n o n M S m e d iu m P la te s w e re ke Pt i n
li g h t of r 12 h
,
an d ht e n s iat
n de of r 20 h
.
A ft e r G U S s面 n i n g , w h o le
P lan ts w e re Ph o ot gar Phde
u n d e r ht e s am
e e x op s u re e o n d iit o n
.
B水2
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2
·
4 L ig h t
·
d e P e n d e n t e x P r e s s i o n of A tS O
T h e P r e s e n e e o f m u l t i P l e P u t a t i v e L R E s i n A r S O
Por m o te r re g i o n i s re 而 in s e e n t o f l ig h t一d e pe n d e n t e x P re s -
s i o n o f t h e A ar b id op
s i s 5 0 (F ig
.
S A )
.
W七 t h e re of r e e x -
a m i n e d i f t h e A rS O e x P r e s s i o n w a s l i g h t

d e P e n d e n t
.
T h r e e

w e e k
一 o ld h o m o z y g o u s t r a n s g e n i c P la n t s h ar b o r
-
i n g ht e Por m o t e -r u idA e o
n s
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e t g or w n o n M S m e d i u m
Pl a te s w e re tre a t e d i
n ht e d ar k of r 12 h
, a n d t h e e o n t r o l
w a s o f ht e s a m e a g e o f t r a n s g e n i e Pl a n t s t er a t e d i n e o n
-
t i n u o u s li g h t fo r 12 h
.
P l a n t s tr e a t e d w i t h lig h t o r d ar k
-
n e s s w e er a s s a y e d fo r ht e G U S a c t i v i t y
.
W h e er
a s s tr o n g
G U S s面 n i n g w a s ob s e vr e d in l e va e s o f ht e P l a n t s g r o w n
i n l i g h t (F ig
.
S C )
, n o G U S ac ti v i ty w a s d e t e c t e d in p lan t
s
2
.
5 R e s P o ns e o f A tS O t
o s u l if t e tear
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S u lif t e o x id a s e c a t a ly z e s ht e o x i d a t io n o f s u l if et t o
s u lfa t e i n a n im a l s (C o h e n e r a l
.
19 7 2 )
.
I t w a s t h e r e fo er
o f i n t e er s t ot e x anu
n e t h e er s P o n s e o f A ar b id op
s i s SO t o
s u l if t e s t r e s s
.
U s i n g A rSO P r o m o t e r
一 u idA
t r a n s g e n i e
P l a n t s
,
w e t e s t e d th e er s P o n s e o f A t S O t o v a r i o u s e o n
-
c e n tr a ti o n o f s u l if te t er a tm e n t s (N a ZS 0 3 0
.
2 m m o lL
,
0
.
5
m 们n o lL
a n d 1 m m o ljL ) b y h i
s t co h
e m i e a l s t ia n i n g (d a ta
n o t s h o w n )
.
D e act h
e d le a v e s o f h o m o z y g o u s P r o m o et r
-
u id A tr a n s g e in e P lan st w e er etr a t
e d w iht N a ZS 0 3 1 n u n o ljL
fo r o
,
3
,
a n d 6 h
.
S ig n i if e a n t i n d u c ti o n s o f A tS O t
r a n
-
s c ir P t s e o m Par e d to n o n
一 s
etr
s s e d e o n otr l ( tim e o h ) w e er
o b s e vr
e d w h e n ds act h
e d l e a v e s w e er e x P o s e d t o N a ZS 0 3
l 们n ln o 】/ L fo r 3 h an d 6 h , w h i c h er s u let d i n 2 . 5 一 fo ld an d
3
.
3

fo l d i n c r e a s e s
,
er s P e e t i v e l y ( F ig
.
6A
,
B )
.
T h i s er s u l t
i n d i e a t e s ht a t A tS O 15 er s P o n s i v e t o s u l if t e a n d u P

er g u
-
l a t e d b y s u l if t e s etr
s s
·
N0
.
5 X A IZ o n g

L i a n g et a l : F u n ct i o n al An a ly s is o f AtS O P r o m o te r 373
F i g
.
6 E x Pre s s io n o f AtS O P ro m o te r- dri
v e n G U S in de ta ch
e d l e av e s in re s o pn s e t o te htr
e a t m e n t w it hs u lfi te l m咖lL
A
,
h is toc h e m i e a l s t ia n in g o f re P re s e n ta 6 v e d e ta e h e d l e a v e s fro m
thr e e

w e e k
一 o l d P r o m o te r
一u 泛d A tr an s g e n ie P lan t s a t i n d ie a t e d t im e po in t s
( 0
,
3 a n d 6 h ) d u ir n g N a
ZS0 3 1 m m o UL tre a tm e n t
.
B ar 二2 1n r n . B , c h an g e s i n G U S ac it v i ty w iht t im e o f讹 at m e n t ( 0 , 3 a n d 6 h ) in de t ac he d
le a v e s fro m P ro m
o te r
一u id A tr a n s g e in c P lan t
s du ir n g N aZ S 0
3 1 n u n o比 tre a tln e n t . D a ta Pre se n te d are m e an s o f th r e e in d e pe n d e n t e x pe ir m e n t s .
3 D is e u s s io n
I n t h e w o r k r e P o r t e d h e r e
,
w e h a v e i s o l a t e d a n d
e h ar a e t e r i z e d t h e er g u l a t o yr e l e m e n t o f A ar b i峨叨 5 15 5 0
g e n e
,
w h i e h e n e o d e s a P u t a t i v e s u l if et o x i d a s e
.
A e e o dr
-
i n g to th e A G I m a P
,
th e A IS O ( A t 3 g o l g l o ) p r o m o t e r s e
-
q u e n e e i n e l u de d t h e 3
’ 一
U T R o f A t 3 9 0 19 2 0 a n d s
’ 一
U T R
o f A t S O
,
h e n e e t h e c l o n e d 1 5 6 2

bP P r o m o t e r r e g i o n
s h o u ld c o v e r th e e n t i er P r o m o t e r o f A rS O ( F i g
.
2 )
.
A tS O
e x Per s s i o n w a s Per d o m i n a n t ly d e t e e t e d i n A ar b idop
s i s
g r e e n
一 a e r i a l t i s s u e s i n a l ig h t

d e P e n d e n t w a y u s i n g t h e
P r o m o te r
一 u idA t r
a n s g e n i c P l a n t s ( Fig s
.
4
,
5 )
.
M o er o v e r,
ht e atr
n s e ir P t o f i t s Por m o te r w a s u P

er g
u l a te d b y s u l if te
(F ig 6 )
,
i n d i e a t i n g t h a t 5 0 m i g h t b e i n v o l v e d i n s e v e r a l
r e d o x P r o e e s s e s i n d u e e d b y s u l f i t e s t r e s s i n h ig h e r
P l a n t s
.
In a n im a ls
,
5 0 15 e x P er s s e d e o n s t i t u t i v e l y i n m o s t
o f t h e o gr
a n s (儿 s k e r e t a l. 19 9 7 ) . S im i lar ot a n im ia 5 0 ,
A ar b id o P s i s 5 0 15 e x P r e s s e d i n a l l t h e P l a n t o r g a n s lt i s
-
s u e s ( F ig
.
1)
.
A IS O w a s fo u n d t o b e h ig h ly e x Per s s e d i n
g er e n a e ir a l t i s s u e s a n d i t s tr a n s c r iP t s w e er s u b s tan it al ly
i n c er a s e d u n d e r s u l if te s etr s s ( F ig
s
.
l
,
6 )
.
Th e er s u l t s e o n
-
if mr
a e o n s i s et n e e i n e x Per s s i o n Po et n t i a l a s de et n n i n de
b y P r o m o t e r e x P r e s s i o n a n a l y s i s
.
F u r t h e r s t u d i e s a r e
n e e d e d t o id e n t i fy t h
e d i fe
r e n e e s i n P r o et i n a e e u m u l a
-
t i o n o f A t S O i n A ar b id o P s i s o r g a n s u n d e r n o mr
a l a n d
s t er s s c o n d i t i o n s
A tS O e x Per
s s i o n w a s fo u n d t
o b e r e s t r i e t e d c h ie fl y
t o g r e e n t i s s u e s
, s u g g e s t i n g t h e m e e h a n i s m s m ig h t b e
er g u lat e d b y Iig h t
.
T h i s v i e w 15 s u PP o rt e d b y th e o b s e r
-
v a t i o n th a t A tS O P r o m o t e r

d r i v e n
一 u idA 1
5 e x P r e s s e d i n
l ig h t b u t n o t i n d ar k n e s s
.
In e o n s i s t e n c e w i t h t h i s l ig h t
-
d e P e n d e n t e x P r e s s i o n P a t t e r n
,
m u l t iP l e P u t a t i v e L R E s
w e er fo u n d i n t h e A IS O P r o m o te r s e q u e n e e (F i g s
.
3
,
5 )
.
F u rt h e r a n al y s i s o f d e le t i o n m u t a t io n 15 n e e d e d to d e if n e
s e v e r a l L R E s t h a t a r e i n v o l v e d i n t h e l ig h t

d e P e n d e n t
e x Per s s i o n i n th e A tS O Por m o te r er g i o n
.
I n a d d i t i o n t o l i g h t r e s P o n s i v e n e s s
,
t h e e x P er s s io n
o f A tS O P or mo et
r

d r i v e n
一 u id A 15 u P

er g u la t e d b y s u l if t e
t r e a tm e n t
,
i n d i e a t i n g t h a t A tS O 15 r e a l ly er s P o n s i v e t o
t o x i e s u l if t e
.
T h i s r e s u l t 15 a l s o i n ag r e e m e n t w iht P
r i o r
i n v e s t i g a t i o n t h a t P l a n t 5 0 s h o w e d a s u l if t e o x id a t i o n
a e t i v i t y w h e n i s o l a t e d e h l o or Pl a s t s w e er fe d w i th r a d i
o -
a e ti v e ly la bo l e d
s u lif t e (D i t tir e h e r a L 19 9 2 )
.
B a s i n g o n t h i s a n d P r e v i o u s i n v e s t i g a t i o n s
,
i t 15
h y P o th e s i z e d t h a t t h e r e m a y b e P o t e n t i a l P h y s i o l o g i c a l
fu n e t i o n o f 5 0
, s u e h a s d e t o x iif e a t i o n d u ir n g d e v e lo P
-
me
n t an 山 o r a b i o t i c e n v ior n m e n t al s etr s s e s i n P lan t e e l l s .
oT a d
v a n e e t h i s w o r k
,
w e ar e g
o i n g t o a n a ly z e t h e b i o
-
l o g i e a l fu n e t i o n o f 5 0 i n P l a n t e e ll s u s i n g o v e -r e x Per s
-
s i o n a n d R N A i n t e fer er
n e e a PPor a
e h e s
.
R e fe er n e es
C l o u g h S J
,
B e n t A F ( 199 8 )
.
lF o r a l d i P
: a s im P li if e d m e t h o d of r