全 文 ：南京农业大学学报 2012，35(2) :51－58
Journal of Nanjing Agricultural University http:
/ /nauxb． njau． edu． cn
收稿日期:2011－08－25
基金项目:黑龙江省科技厅农业攻关项目(GC06J101) ;黑龙江省教育厅海外学人合作项目(1151hz022)
作者简介:宋晓宏，博士研究生。* 通讯作者:沙伟，教授，博导，从事苔藓植物遗传学和分子生物学研究，E-mail:shw1129@ 263． net。
宋晓宏，沙伟，金忠民，等．毛尖紫萼藓 GpAPX 的克隆和信息学分析及其在植株干旱与复水下的表达分析［J］． 南京农业大学学报，2012，
35(2) :51－58
毛尖紫萼藓 GpAPX的克隆和信息学分析及其在植株
干旱与复水下的表达分析
宋晓宏1，沙伟2* ，金忠民2，张艳馥2
(1．东北林业大学生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150040;2．齐齐哈尔大学生命科学与农林学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)
摘要:以毛尖紫萼藓(Grimmia pilifera)为试材，采用 RACE 技术克隆获得 1 个抗坏血酸过氧化物酶基因(APX)的 cDNA 序
列，命名为 GpAPX(GenBank登录号:GU989311)。该基因全长 1 115 bp，编码区为 771 bp，编码 256 个氨基酸，5非翻译区为
116 bp，3非翻译区为 228 bp。序列分析表明:该基因属于过氧化物酶基因家族，与其他植物抗坏血酸过氧化物酶的同源性
为70． 2% ～ 89． 7%。实时定量 PCR检测结果显示，GpAPX在干旱及复水条件下均能表达，表明 GpAPX 蛋白可能与抗旱性
相关，在毛尖紫萼藓响应干旱胁迫过程中发挥作用。
关键词:毛尖紫萼藓;干旱胁迫;GpAPX;序列分析;基因表达
中图分类号:Q949． 35+2 文献标志码:A 文章编号:1000－2030(2012)02－0051－08
Cloning，bioinformatics analysis and expression analysis of GpAPX
during dehydration and rehydration in Grimmia pilifera
SONG Xiao-hong1，SHA Wei2* ，JIN Zhong-min2，ZHANG Yan-fu2
(1． College of Life Sciences，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China;
2． College of Life Science and Agriculture and Forestry，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China)
Abstract:In this study，a full-length cDNA sequence of a ascorbate peroxidase(APX)gene named GpAPX was cloned from Grimmia
pilifera(GenBank accession No． GU989311)using rapid amplification of cDNA ends(RACE)． The full-length cDNA of GpAPX was
1 115 bp with a 771 bp open reading frame(ORF)which encoded 256 amino acids and containing a 116 bp 5UTR and a 228 bp
3UTR． Sequence analysis showed that GpAPX belonged to the peroxidase protein families． GpAPX protein sharing 70． 2% －89． 7%
homology with APX proteins from other plants． QRT-PCR analysis suggested that the expression of GpAPX gene was induced in both
dehydration and rehydration． The results demonstrated that the GpAPX protein may be involved in drought resisitance，and play an
important role in Grimmia pilifera through responses to drought stress．
Key words:Grimmia pilifera;drought stress;GpAPX;sequence analysis;gene expression
干旱胁迫能诱导植物细胞伤害和氧化损伤，使之产生大量活性氧，造成脂质过氧化，膜的半透性受到
干扰，正常的代谢过程遭到破坏，因此活性氧的清除对于维护细胞功能是非常必要的［1］。目前，己确定的
抗氧化防御系统主要由一些能清除活性氧的酶系和非酶抗氧化物质组成，如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧
化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、α－维生素 E 和类胡萝卜素等，它们协同
作用抵抗干旱胁迫对于植物产生的氧化伤害［2］。
抗坏血酸过氧化物酶属于末端氧化酶的一种，1976 年由 Foyer 等［3］发现，1981 年 Nakano 等［4］正式将
其命名为 APX。APX 是一个庞大的家族，已报道的植物 APX 包括几种不同亚细胞定位的同工酶:
mbAPX、cAPX、sAPX和 tAPX［5］。植物体内，APX主要存在于细胞的过氧化物酶体中，可诱导表达，且诱导
因子非常广泛，既有生物类激发因子(如各类病原菌的侵袭等) ，也有高温、干旱等非生物类激发因子，在
植物干旱、低温、盐渍和病害等逆境胁迫中发挥重要作用，具有消除过氧化氢和酚类、胺类毒性的双重作
用。目前，提高植物体内清除活性氧代谢途径中的酶活力，增强植物抵御氧化胁迫的能力已成为当今植物
抗逆研究中的热点之一。APX在植物响应及防御氧化胁迫方面的重要作用已得到初步证明，近年来研究
南 京 农 业 大 学 学 报 第 35 卷
人员已从多种植物中克隆了 APX cDNAs［6］，如大麦［7］、紫菜［8］、豌豆［9］、烟草［10］、菠菜［11］、拟南芥［12］、马铃
薯［13］和水稻［14］等，并进行了部分转基因植物的研究。李筠等［15］对 APX转基因研究发现，转入 APX 基因
的甘薯清除活性氧的能力增强，在水分胁迫下能保持较高的叶片含水量，耐旱性得到提高。Kornyeyev
等［16］将 tAPX基因分别导入棉花中使其过量表达，发现所有转基因棉花都具有较高的 PSⅡ光化学活性和
抗氧化能力。Tang等［17］对马铃薯转基因研究发现，转入 Cu /Zn SOD和 APX 基因的马铃薯清除活性氧的
能力增强，抗逆性提高。对模式植物研究发现，转入 APX基因的拟南芥植株耐盐性［18］、抗旱性［19］增强;烟
草中转入 APX基因，植物可明显增强对盐胁迫［20－21］、干旱胁迫［22］所造成的氧化应激损伤的抵御能力。
苔藓植物多为野生生长，在长期的进化过程中形成一套独特的适应恶劣环境的机制，能在高寒、高温
和弱光等其他陆生植物难以生存的环境中生长繁衍，从而积累了大量的抗逆基因。许多苔藓植物可随环
境变化将体内的含水量降得很低，以休眠的状态生存，一旦环境条件适宜，又可以迅速地吸收水分，恢复正
常的生理代谢活动。关于植物或植物组织的耐旱性，Bewley［23］早在 1979 年就提出了 3 个标准:1)将损伤
减少到可修复水平;2)在干燥状态保持生理完整性;3)再水化时调动修复机制，细胞在重吸收的基础上修
复所受损伤，即利用保护细胞完整性机制或脱水再水化诱导的修复细胞损伤机制耐受干旱。一些耐旱藓
类正是通过建成型的保护机制和再水化诱导的恢复系统耐受干旱胁迫。
毛尖紫萼藓(Grimmia pilifera)是紫萼藓属(Grimmia)中典型旱生植物，生长在向阳的裸岩上，久旱而
不丧失生活力，是很好的抗逆基因资源。为了进一步了解毛尖紫萼藓 APX 在其植株耐旱过程的功能，本
研究利用 RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术对本实验室已获得的毛尖紫萼藓 APX 基因 EST片
段进行全长 cDNA克隆，获得了 GpAPX基因全长序列，并利用荧光定量 PCR 技术检测该基因在干旱及复
水条件下植物体内的表达模式，为进一步研究毛尖紫萼藓抗旱分子机制奠定基础。
1 材料与方法
1． 1 植物材料
毛尖紫萼藓采自黑龙江省北部五大连池风景区的老黑山，采集后以封口袋保存，带回实验室清洗后置
于托盘中，每天用普通自来水喷洒保持配子体湿润，室温下培养 7 ～ 10 d，取材作为对照(CK)。然后停止
浇水开始干旱处理，分别于干旱 1、2、3、4 和 5 d后取材，然后对干旱 5 d后的材料进行复水处理，分别于复
水后 0、0． 5、1、6、12、24、36 和 48 h取材，所取材料用液氮冷冻后立即放入－80 ℃冰箱内保存备用。
1． 2 GpAPX cDNA全长序列克隆
表 1 GpAPX基因克隆及表达分析所用引物
Table 1 Primers for the cloning and expression
analysis of GpAPX
引物名称
Primer
name
序列(5→3)
Sequence
GSP
NGSP
GCAGAGAAGAACTGTGCCCCGATCAT
ATGCTGACTTCTACACGCTCGCTGG
GpAPX-A1
GpAPX-A2
ACGCATATCTAGTTCGTGTCG
CATCCACCTAATCTGTACGTCTGT
GpAPX-F
GpAPX-R
TGTTGGAGGGTGAGAAGGATG
TCAGGTGCGATTCAGCGTAG
18S-F
18S-R
TTGACGGAAGGGCACCA
ACCACCACCCATAGAATCAAGAA
通过生物信息学分析，从毛尖紫萼藓 cDNA 文库
中获得 1 个 547 bp的 EST序列，推断此 cDNA为过氧
化物酶基因家族成员，为非全长 cDNA 序列。采用
SDS法提取毛尖紫萼藓总 RNA(材料与建库用相同)。
参照 Promega公司的 M-MLV 试剂说明书操作进行第
一链合成。根据此 EST 序列设计 3-RACE 巢式引物
GSP和 NGSP(表 1) ，3-RACE 具体方法参照 SMART-
erTM RACE cDNA Amplification Kit(Clontech)说明书进
行。RACE扩增得到的特异性片段通过 TaKaRa 公司
的胶回收试剂盒回收，回收产物连接到 pMD18-T 载
体，然后转化大肠杆菌 DH5α 感受态细胞，在含有
Amp /IPTG /X-Gal的平板上进行蓝白斑筛选。挑取白
斑，进行 PCR检测后委托上海生工生物工程有限公司进行测序。测序结果通过 NCBI 的 VecScreen 去除
载体序列，采用 Bioedit 软件拼接获得 GpAPX 基因全长序列，设计此基因全长序列 CDS 区扩增引物
GpAPX-A1 和 GpAPX-A2(表 1) ，以毛尖紫萼藓 cDNA为模板进行 PCR扩增。
1． 3 生物信息学分析
采用 NCBI中的 Blast X程序进行同源性比较;ORF finder程序寻找开放阅读框;蛋白质分析系统 Prot-
Param tool(http:/ /www． expasy． ch / tools /protparam． html)对蛋白质的各种理化性质进行分析;Pfam 24． 0
(http:/ /pfam． sanger． ac． uk /)软件中的 SEARCH 功能对基因进行家族预测;ScanProsite(http:/ /www．
25
第 2 期 宋晓宏，等:毛尖紫萼藓 GpAPX的克隆和信息学分析及其在植株干旱与复水下的表达分析
expasy． org / tools / scanprosite /)预测编码蛋白的功能位点;SignalP 3． 0 预测该蛋白的信号肽;ProtScale
(http:/ /www． expasy org /cgibin /proscale． pl)以默认算法(Hphob． /Kyte＆Doolittle)对该蛋白进行疏水性预
测;PSORT Prediction(http:/ /psort． ims． u-tokyo． ac． jp / form． html)进行亚细胞定位;HNN(http:/ /npsa-pbil．
ibcp． fr /cgi-bin /npsa_automat． pl?page =npsa_nn． html)预测蛋白二级结构;Blast X 同源性搜索后，选择与
其相似性高的不同植物的同一蛋白氨基酸序列，使用软件 DNAMAN 6． 0 进行多序列比对，绘制系统进化
树;蛋白质立体结构预测采用 SWISS-MODEL(http:/ / swissmodel． expasy． org /workspace / index． php?func =
modelling_simple1)。
1． 4 GpAPX基因的实时荧光定量 PCR分析
分别提取干旱及复水处理毛尖紫萼藓材料总 RNA 并反转录成 cDNA。根据 GpAPX 基因全长 cDNA
序列，结合荧光定量 PCR 引物设计原则，采用 Primer express v3． 0 软件设计荧光定量引物 GpAPX-F 和
GpAPX-R，以毛尖紫萼藓 18S rRNA基因为内参(表 1)。
新设计合成的荧光定量 PCR引物，首先必须进行反应性确认。采用梯度稀释的方法，将 cDNA 模板
分别稀释 101、102、103、104 倍作为模板，试验设置 3 次重复，同时设置空白反应，确认引物二聚体。反应后
制作目的基因和内参基因标准曲线，根据标准曲线的斜率(slope)计算扩增效率，E=10－slope －1。
荧光定量 PCR使用 TaKaRa公司的 SYBR Premix EX TaqTMⅡ(Perfect Real Time)试剂盒通过 Chromo 4
荧光定量 PCR仪(Bio-rad)进行。荧光定量 PCR的反应体系为 20 μL:SYBR Premix EX TaqTMⅡ(2×)10 μL，
cDNA模板 50 ng，上下游引物(10 μmol·L－1)各 1． 0 μL，ddH2O(RNase free)6． 0 μL。反应程序:94 ℃预变
性 20 s，94 ℃变性 10 s，57 ℃退火 30 s，72 ℃延伸 30 s，40 个循环，并在 72 ℃收集荧光信号。熔解曲线分
析温度为 55 ℃至 90 ℃，每升高 1 ℃保温 15 s。PCR完成后，OpticonMonitor 3 软件自动分析试验数据，采
用比较阈值法(2－ΔΔCT)测定目标基因相对表达量，计算公式 ΔΔCT =(CT(Target)－CT(18S) )Time x －(CT(Tar-
get)－CT(18S) )Time 0，公式中 Target 为 GpAPX，18S 为内参基因，Time x 表示处理组，Time 0 表示对照组。
2－ΔΔCT表示处理组目的基因的表达相对于对照组的变化倍数。
2 结果与分析
图 1 毛尖紫萼藓 GpAPX基因 3-RACE产物(A)
和 CDS区扩增产物(B)琼脂糖凝胶电泳
Fig． 1 Agarose electrophoresis results of GpAPX gene
3-RACE product(A)and CDS product(B)of
Grimmia pilifera
M． DL－2000 DNA marker;1． 3-RACE产物 3-RACE product;
2． CDS区扩增产物 CDS product
2． 1 毛尖紫萼藓 GpAPX基因全长 cDNA的克隆
根据毛尖紫萼藓 cDNA文库获得的 GpAPX 基因
的 EST 序列，采用 3-RACE 进行扩增，扩增产物经
1%琼脂糖凝胶电泳检测，结果如图 1－A所示。回收
该片段测序后，采用 Bioedit 软件拼接获得基因全长
序列，GenBank序列号 GU989311。序列全长 1 115 bp
(图 1－A) ，ORF 编码区长 771 bp，编码 256 个氨基
酸，5非编码区(UTR)长 116 bp，3非编码区(UTR)
长 228 bp。根据此全长序列设计基因特异引物扩增
基因 CDS 区，结果如图 1－B 所示。回收、克隆并测
序，序列全长为 876 bp，包含整个 CDS区。
2． 2 毛尖紫萼藓 GpAPX基因序列分析
ProtParam预测毛尖紫萼藓 GpAPX 蛋白相对分
子质量为 28． 2×103，理论等电点为 5． 79，为酸性蛋
白。负电荷残基(Asp+Glu)总数为 36 个，正电荷残
基(Arg+Lys)总数为 30 个。不稳定系数是 35． 18，为
稳定型蛋白质。经 SignalP 3． 0 预测，该蛋白没有任
何信号肽，为非分泌蛋白。利用 Pfam 24． 0 软件中的
SEARCH功能预测 GpAPX基因所属的蛋白家族，结果表明该基因为过氧化物酶基因家族，是血红素蛋白
家族的一个亚类，负责高等植物叶绿体及细胞质内过氧化氢的清除，具有过氧化物酶和过氧化氢酶的活
性，对细胞氧化胁迫具有保护作用。ScanProsite 预测该蛋白有 1 个过氧化物酶活性位点特征(peroxidases
active site signature，位于 33 ～44位的氨基酸残基 ApiiLRLaWHAS)和 1 个血红素配基结合特征(peroxidases
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南 京 农 业 大 学 学 报 第 35 卷
图 2 毛尖紫萼藓 GpAPX基因序列及其推导的氨基酸序列
Fig． 2 Sequence of GpAPX and its deduced amino acid sequence
* 代表终止密码子;阴影部分序列分别是活性位点和血红素配基的结合区域。
* stands for the termination codon;The shaded sequences are the regions of active site and proximal heme-ligand，respectively．
proximal heme-ligand signature，位于 155 ～ 165 位的氨基酸残基 DIVTLSGAHTL)。ProtScale 以默认算法
(Hphob． /Kyte＆Doolittle)预测该蛋白的疏水性，结果显示该蛋白亲水性较强，尤其是在 C 端有明显的亲水
性区域。
在线软件 PSORT亚细胞定位结果显示:GpAPX 蛋白定位于过氧化物酶体的可信度为0． 457，定位于
细胞质的可信度为 0． 45，定位于溶酶体的可信度为 0． 152，定位于线粒体基质的可信度为0． 1。用 Hierar-
chical神经网络(HNN)预测 GpAPX的氨基酸序列，结果表明:GpAPX蛋白的二级结构是由大量的无规则
卷曲、α－螺旋和少量的扩展链结构组成，其中无规则卷曲占 55． 47%，α－螺旋和扩展链分别占 33. 2%和
11． 33%。利用 SWISS-MODEL对 GpAPX蛋白的三维结构进行在线预测，GpAPX蛋白只有一个结构域(18
～227 位氨基酸残基) ，包含 12 个 α－螺旋和 12 个无规则卷曲结构，同时将其与同源性较高的小立碗藓和
北美云杉的 APX蛋白三维结构进行比较，发现这 3 个蛋白具备类似的空间构架(图 3) ，估计它们在生物
体中行使相似功能。
2． 3 GpAPX氨基酸序列同源性分析及系统进化树绘制
利用 DNAMAN 6． 0 软件进行多重序列比对(图 4)发现，毛尖紫萼藓 GpAPX 氨基酸序列与其他植物
APX氨基酸序列具有较高同源性。同源矩阵分析表明:毛尖紫萼藓与小立碗藓(Physcomitrella patens)、番
茄(Solanum lycopersicum)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、高粱(Sorghum bicolor)、北美云杉(Picea
sitchensis)、烟草(Nicotiana tabacum)、玉米(Zea mays)、盐地碱蓬(Suaeda salsa)、棉花(Gossypium
hirsutum)、大麦(Hordeum vulgare)、刚毛柽柳(Tamarix hispida)、毛果杨(Populus trichocarpa)、水稻(Oryza
sativa)、小麦(Triticum aestivum)和大豆(Glycine max)的 APX 基因编码的氨基酸序列同源性分别达
45
第 2 期 宋晓宏，等:毛尖紫萼藓 GpAPX的克隆和信息学分析及其在植株干旱与复水下的表达分析
图 3 预测的 3 种植物 APX蛋白三维结构
Fig． 3 The predicted 3D structure of APX in three plants
图 4 毛尖紫萼藓 GpAPX与其他植物抗坏血酸过氧化物酶氨基酸序列比对
Fig． 4 Alignment of GpAPX and other plant ascorbate peroxidases
黑色、粉色和蓝色分别代表 100%、75%和 50%的同源性。Black，pink and blue shading with letters reflect
100%，75% and 50% sequence conservation，respectively．
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89． 7%、73． 6%、72． 3%、73． 1%、74． 0%、72． 7%、72． 7%、72． 3%、71． 5%、71． 9%、72． 3%、72． 7%、
70． 7%、71． 1%和 70． 2%，因而推测其在进化上是比较保守的。
系统进化树(图 5)分析结果表明，所选的 APX聚成 3 组:高粱、玉米、大麦和水稻等为 1 个组群(Ⅰ) ;
刚毛柽柳单独为 1 个组群(Ⅱ) ;GpAPX与其他植物(包括小立碗藓、拟南芥、盐地碱蓬、番茄等)分在同一
组群(Ⅲ) ，在这个组内 GpAPX与小立碗藓在进化关系上最近，而与番茄、烟草进化关系较远。
图 5 APX基因编码蛋白的系统进化树分析
Fig． 5 Phylogenetic tree analysis of proteins encoded by APX genes
2． 4 GpAPX基因在干旱及复水条件下的表达模式分析
OpticonMonitor 3 软件自动测出的毛尖紫萼藓内参基因 18S rRNA 的回归方程、PCR 扩增效率和相关
系数分别为:y= －0． 304 3x+6． 97、101%和 0． 998;测出的 GpAPX基因的回归方程、PCR扩增效率和相关系
数分别为:y= －0． 313 8x+6． 70、106%和 0． 993。说明该试验具有良好的重复性和扩增效率。熔解曲线分
析表明无基因组来源 DNA模板扩增，18S rRNA和 GpAPX 所用引物具有高度特异性，其 PCR 扩增产物均
为目的片段，不含引物二聚体，引物设计合理反应性良好。
用荧光定量 PCR检测 GpAPX在毛尖紫萼藓干旱及复水条件下的表达量，并定义对照表达量为 1 个单
位。结果表明(图 6) :干旱处理过程中 GpAPX基因表达上调，特别是在干旱 3 d 后表达量迅速升高，干旱
5 d的表达量达到对照的 2． 4 倍，说明随着干旱程度加剧，GpAPX 作为活性氧清除酶系统的一员发挥作
用;在复水过程中，GpAPX基因表达呈现先下降再升高，然后再下降的趋势，在复水 0 ～ 6 h，表达量有所下
降，然后迅速上升，至复水后 12 h表达量达到最高，为对照的 5． 5 倍，并且高于干旱处理的表达量。这一
结果说明 GpAPX基因同时受干旱及复水的诱导表达，并可能主要响应复水修复。
图 6 干旱(A)和复水(B)条件下 GpAPX基因的表达分析
Fig． 6 Expression analysis of GpAPX gene during dehydration(A)and rehydration(B)
3 讨论
目前，苔藓植物抗旱性研究多集中于耐旱藓种类的鉴定，形态结构特征的解剖分析及耐旱藓类的生
理、生态功能研究，苔藓植物抗旱的分子机制研究还远远不够，已知的苔藓植物抗旱相关基因数量很少。
耐旱藓类具有特殊的形态、细胞及大分子等特征，某些属种可经受几十年的干旱，仍能保持生命力，其保护
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第 2 期 宋晓宏，等:毛尖紫萼藓 GpAPX的克隆和信息学分析及其在植株干旱与复水下的表达分析
机制的诱导与干旱的速度有关。土生墙藓在快速干燥(约 1 h 内含水量下降为其干质量 10% ～ 20%)时
未能及时产生保护机制，而在较缓慢干燥(约 12 h 内含水量下降为其干质量 10% ～ 20%)过程中则能产
生一系列的必要的保护机制［24］。耐旱藓类还具有很好的复水性，其细胞能忍受不可预见性的水分丧失，
并在复水过程中诱导启动恢复机制。研究发现，耐旱藓类复水过程中蛋白质和 RNA 合成均能快速恢复，
并且如果是缓慢干旱，所需的恢复时间则较短［25－26］。Hinshiri等［27］对牛舌藓(Anomdon viticulosus)和光萼
苔(Porella platyphylla)的研究表明，在缓慢干旱 8 ～ 9 d 后复水，其呼吸和光合速率可迅速达到正常水平，
积极的碳平衡几乎在瞬间建立。本研究在构建毛尖紫萼藓缓慢干旱材料 cDNA 文库的基础上，筛选获得
GpAPX基因，基于以上耐旱藓类的特殊性，分别在缓慢干旱过程及复水过程中选取不同间隔的时间点，对
其在干旱及复水条件下的表达情况进行分析。
耐旱藓类复水时基因表达有很大变化，Oliver等［28－29］对土生墙藓的研究发现，复水时蛋白质的合成受
到巨大的影响，最初 2 h内，80%的蛋白质合成速率没有明显变化，但有些蛋白质的合成受到明显的影响，
其中 25 种蛋白质合成终止或大幅度下降，74 种蛋白质合成开始或大幅度上升，这 2 组蛋白质分别被称为
hydrins和 rehydrins。在水化延长期，rehydrins和 hydrins 的合成在恢复至正常水平的过程中也有所不同，
再水化后的 2 ～ 4 h内，所有 hydrins的合成达到正常水平，而一些 rehydrins 仅合成不到 2 h，另一些 10 ～
12 h后仍呈上升趋势，24 h 后所有蛋白质均达到正常水平［28］。因此也有推测认为，复水后的前几个小时
内，早期潜在的致命性损伤一旦被修复，接下来将进行长期的细胞器修复和新陈代谢活动，所以早期的 re-
hydrins蛋白可能参与修复质膜损伤，而水化延长期间的 rehydrins蛋白则可能参与细胞器结构和功能的长
期恢复过程［30］。本研究中，GpAPX在复水后表达量高于干旱处理，复水 12 h 时表达量最高，推测其为编
码 rehydrins的基因，主要受复水诱导，在再水化恢复过程中对细胞的质膜氧化损伤进行修复。
另外，Scott等［31］分离到干燥土生墙藓配子体再水化时表达的 mRNAs 的 18 种 cDNAs，并将其与未经
干旱处理的材料相比，这 18 种 cDNAs 脱水前就出现在配子体中，再水化时大量表达，并且蛋白质合成模
式与无胁迫压力下的合成模式存在很大程度的不同［32］。Wood 等［33］利用 rehydrin cDNA 中的 Tr288 来分
离缓慢干旱土生墙藓配子体内贮存的 rehydrin mRNA 的结构，证明确实有 mRNPs 的形成，并且 mRNP 颗
粒中有 rehydrin的转录，而且土生墙藓干燥过程中 mRNP的形成需要一定的时间。以上研究均表明，耐旱
藓类中一些基因的表达是连续性的，在正常生长、干旱处理及复水过程中都有表达，很多基因在复水修复
过程中同样起到重要作用［34－35］。本研究中，GpAPX在干旱 3 d 后表达量开始大幅上升，复水 12 h 时表达
量最高，复水 24 h基本恢复正常生理代谢后仍有较高的表达量。由此可见，毛尖紫萼藓与土生墙藓有类
似的特点，干旱处理、复水及正常条件下 rehydrins都有表达。
本研究克隆了毛尖紫萼藓 GpAPX基因的全长 cDNA，并对其进行了生物信息学分析。荧光定量 PCR
对该基因空间表达模式初步分析表明，GpAPX基因受干旱及复水诱导表达。但有关其更全面的时空表达
模式和基因功能，还有待于利用 Northern杂交、转基因和基因敲除等技术进行深入研究，并最终为阐明毛
尖紫萼藓的抗旱分子机制提供科学依据。
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责任编辑:沈 波 刘怡辰
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