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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2013年第5期
植物固着生长的特性使其在生长发育过程中不
可避免地与外界环境有着密切的关联［1］。当面临逆
境胁迫时，植物必须能够应对这些逆境才能存活［2-4］。
逆境胁迫下，细胞产生各种异常的或受损的蛋白
收稿日期 ： 2012-12-17
基金项目 ：国家现代香蕉产业技术体系（CARS-32）, “十二五”农村领域国家科技计划课题（2011AA10020605）
作者简介 ：王安邦，男，硕士研究生，研究方向 ：种质资源 ；E-mail ：wanganbang011@126.com
通讯作者 ：徐碧玉，女，研究员，博士生导师，研究方向 ：香蕉生物技术 ；E-mail ：biyuxu@126.com
香蕉泛素结合酶基因 MaUCE2 在非生物胁迫下的
表达分析
王安邦1，3  金志强2  刘菊华3  贾彩红3  张建斌3   
苗红霞3  徐碧玉2，3 
（1. 海南大学农学院，海口 571101 ；2. 中国热带农业科学院海口实验站 香蕉研究所，海口 571101 ；3. 中国热带农业科学院热带生物技术
研究所，海口 571101）
摘 要 : 为了研究泛素结合酶（ubiquitin-conjugating enzyme）E2 和植物抗逆性的关系，对香蕉苗进行了非生物胁迫（干旱、低
温、盐胁迫）处理，利用荧光定量 PCR 技术分析了香蕉泛素结合酶基因 MaUCE2 在不同胁迫条件下的表达特性。结果表明，
MaUCE2 表达量随着干旱程度的加重而逐步上升，在高度干旱胁迫下 MaUCE2 的表达量最高 ；低温胁迫可以诱导 MaUCE2 的表达，
其表达量随着温度的降低而逐步升高，当温度降低到 5℃时，MaUCE2 的表达量最高 ；而在盐胁迫下，MaUCE2 的表达量与对照相
比略有上升，上述结果表明 MaUCE2 基因表达受非生物胁迫的诱导。
关键词 : 香蕉 泛素结合酶 非生物胁迫 干旱 盐胁迫 低温
Expression Analysis of a Banana Ubiquitin-conjugating Enzyme Gene
MaUCE2 Under Abiotic Stress
Wang Anbang1，3 Jin Zhiqiang2 Liu Juhua3 Jia Caihong3 Zhang Jianbin3
Miao Hongxia3 Xu Biyu2，3
（1. Department of Agriculture，Hainan University，Haikou 571101 ；2. Haikou Experimental Station，Chinese Academy of Tropical
Agricultural Science，Haikou 571101 ；3. Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，Chinese Academy of Tropical
Agricultural Science，Haikou 571101）
Abstract:  In order to study the relationship between ubiquitin-conjugating enzyme E2 and stress resistance of plants, the banana seedings
were treated with abiotic stress（drought, low temperature and salt stress）. The expression levels of MaUCE2 in banana root under different
stresses were analyzed by real-time qPCR. The results showed that MaUCE2 expression increased with the drought degree. In addition, the
expression levels of MaUCE2 under severe drought is the highest. MaUCE2 expression is induced by low temperature stress, which increased
with the decrease of the temperature. When the temperature down to 5℃ , the MaUCE2 expression reached to the highest level. The expression
levels of MaUCE2 under salt stress increased slightly compared with the control group. These results indicate that MaUCE2 was induced by
abiotic stresses and might provide a foundation for the further research and application of biological function.
Key words:  Banana Ubiquitin conjugating enzyme Abiotic stress Drought Salt stress Low temperature
质，这些异常蛋白如果在细胞内积累过多，会影响
细胞的各种代谢，从而破坏细胞结构和功能的完整
性［5］。 泛 素 - 蛋 白 酶 体 途 径（ubiquitin-proteasome
pathway，UPP）是目前已知的最重要、有高度选择
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第5期78
性的蛋白质降解途径［6］，它通过调节功能蛋白质的
周转（turnover）或降解不正常蛋白，实现对多种代
谢过程的调节［7］。该途径的关键酶主要包括泛素活
化酶（ubiquitin-activating enzyme，E1）、泛素结合酶
（ubiquitin-conjugating enzyme，E2）和泛素 - 蛋白连
接 酶（ubiquitin-protein ligating enzyme，E3）［8］。 其
中 E2 是种类丰富的酶系，更是连接 E1 和 E3 的桥
梁［9］，对泛素化修饰的特异性和精确时空性起关键
作用［10］。
植物 E2 蛋白基因（LeUBC1）首次从番茄 cDNA
文库中分离，并且受热激和重金属诱导表达增强［11］，
说明 E2 蛋白基因在发生胁迫时可能参与细胞异常蛋
白的降解过程。徐晨曦等［12］从柽柳中获得 E2 基因，
转入烟草中异源表达发现该基因能明显提高烟草的
耐旱性。Cui 等［13］发现拟南芥泛素结合酶 UBC32
定位在内质网上，参与异常蛋白质降解过程，可以
提高拟南芥的耐盐性。从马铃薯［14］和大豆中［15］也
克隆到 E2 基因，转入拟南芥后可提高拟南芥的抗盐
性和耐旱性。近年来，对 E2 基因功能研究尽管也取
得了一定进展，但相对缓慢［16］，而且关于香蕉泛素
结合酶基因与植物的抗逆性关系的研究尚未见报道。
香蕉喜高温，怕低温，生长期对水分需求量大，
因而温度和水分是香蕉分布的主要限制因子。然而，
由于全球异常气候的增多，香蕉处于高温、低温、
干旱、盐碱、风害等逆境的时间也增多，这严重影
响了香蕉产量并制约着香蕉产业的发展［17］，因此香
蕉抗逆性研究显得尤为重要。
李 羽 佳 等［18］ 从 香 蕉 根 系 均 一 化 全 长 cDNA
文库中克隆了一个香蕉泛素结合酶基因，命名为
MaUCE2，经生物信息学分析发现该基因有典型的
保守催化结构域，内含有一个高度保守的半胱氨酸
（cysteine）酶活性位点［7，16］。为了进一步研究该基
因与非生物胁迫的关系，本研究利用实时定量 PCR
（qPCR）技术探究 MaUCE2 基因在干旱、盐、低温
等非生物胁迫下的表达特性，旨在为研究 E2 基因生
物学功能及其应用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为巴西蕉（Musa acuminata L. AAA gr-
oup，‘Brazilian’），采自中国热带农业科学热带生物
技术研究所香蕉种植园。
1.2 方法
1.2.1 香蕉 MaUCE2 荧光定量表达分析 采用李燕
强等［19］改良的 CTAB 法提取香蕉总 RNA。每个样
品取 1 μL 检测 RNA 质量和浓度后，利用 M-MLV 逆
转录酶（TaKaRa 公司）合成 cDNA 链。
选用 NCBI 上已登录的香蕉 MaActin 片段为内
参，引物序列根据已登录序列进行设计，MaActin 1
（5-CGAGGCTCAATCAAAGA-3） 和 MaActin 2（5-
ACCAGCAAGGTCCAAAC-3）。MaUCE2 引物序列为
MaUCE2-1（5-CAAGACCGACAGAGCCAAGT-3）和
MaUCE2-2 （5-CCTTAGGTGGTTTGAATGG-3）。使用
仪 器 为 Mx3000P（Stratagene，USA），PCR 反 应 体
系为 25 μL，PCR 产物的长度为 232 bp。荧光定量
PCR 的反应程序如下 ：95℃预变性 30 s ；95℃变性
7 s，55℃退火 15 s，72℃延伸 20 s，循环 40 次。每
个反应重复 3 次。
1.2.2 MaUCE2 在不同外源胁迫下的表达特性分析
1.2.2.1 香蕉植株的干旱胁迫处理 参照张丽丽
等［20］香蕉干旱处理的方法，选取长势一致、生长
健壮的香蕉组培苗，分为 4 组，每组 3 株，测定每
组各盆中土壤水分含量并保持一致。第 1 组不做
任何处理，作为对照，使土壤相对含水量保持在
75％-80% ；第 2 组低度失水干旱胁迫，使土壤相对
含水量保持在 55%-60%；第 3 组中度失水干旱胁迫，
使土壤相对含水量保持在 45%-50% ；第 4 组高度失
水干旱胁迫，使土壤相对含水量保持在 30%-35%。
每组香蕉组培苗置于人工恒温气候箱中培养，测定
各盆中土壤水分含量，当达到胁迫程度后，立即取
每株组培苗根部液氮速冻，提取 RNA。
1.2.2.2 香 蕉 植 株 的 盐 胁 迫 处 理 选 取 长 势 一
致、生长健壮的香蕉组培苗进行水培养，在培养液
（1/2Hoagland 培养液）中加入 200 mmol/L NaCl 进行
盐胁迫处理。分别于 0、2、4、6 和 8 h 分别观察和
取样，将株苗根部立即用液氮速冻，提取 RNA。
1.2.2.3 香蕉植株的低温胁迫处理 选取长势一致、
生长健壮的香蕉组培苗，分为 5 组，每组 3 株，置
于人工恒温气候箱中培养。第 1 组温度设为 28℃，
2013年第5期 79王安邦等 ：香蕉泛素结合酶基因 MaUCE2 在非生物胁迫下的表达分析
作为对照，第 2 组到第 5 组分别置于 15℃、10℃、7℃、
5℃温度下 2 h 进行低温胁迫，当达到胁迫时间后，
液氮速冻，提取 RNA。
2 结果
如图 1 所示，通过实时定量 PCR 分析发现，干
旱处理可以诱导 MaUCE2 的表达，其表达量随着干
旱程度的加重而逐步上升。在高度干旱胁迫下处理
下 MaUCE2 的表达量最高，为 2.32，分别为低度干
旱胁迫和中度干旱胁迫时期诱导的表达量的 2.11 倍
和 1.25 倍。
度降低到 5℃时，MaUCE2 的表达量最高，为 4.08。
温度为 15℃和 10℃时诱导 MaUCE2 的表达量为 1.26
和 1.18，与对照差异不大。
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
⴨ሩ
㺘䗮
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ሩ➗ 䖫ᓖ ѝᓖ 䟽ᓖ
图 1 不同程度水分胁迫下 MaUCE2 的表达
图 2 NaCl 胁迫不同时间下 MaUCE2 的表达
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
⴨ሩ
㺘䗮
䟿
0 2 4 6 8
时间（h）
如图 2 所示，高盐胁 迫 处 理 下 的 MaUCE2 的
表达量随 NaCl 处理时间的增加而略有升高，在胁
迫 6 h 时最高，为 1.26。处理 2 h、4 h 和 8 h 诱导
MaUCE2 的表达量分别为 1.11、1.13 和 0.98，与对
照差异不大。
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0
⴨ሩ
㺘䗮
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ሩ➗ 15 ⑙ᓖć10 7 5
图 3 不同程度低温胁迫下 MaUCE2 的表达
3 讨论
逆境胁迫下，细胞产生各种异常的或受损的蛋
白质，这些异常蛋白如果在细胞内积累过多，会影
响细胞的各种代谢，从而破坏细胞结构和功能的完
整性，而这些异常蛋白绝大部分是通过泛素 - 蛋白
酶体途径被降解，因此，泛素 - 蛋白酶体途径中关
键酶的大量表达与植物抗逆性的获得有着密切的关
系，而泛素结合酶 E2 在 E1 和 E3 之间穿梭往返运行，
具有结合并转移泛素到靶蛋白的作用，对泛素化修
饰的特异性和精确时空性起关键作用。
干 旱 胁 迫 是 导 致 导 致 作 物 减 产 的 最 主 要 原
因［1， 21］，因此，有关植物应对干旱胁迫反应的研究
显得极为迫切和重要。本研究结果显示干旱胁迫后
MaUCE2 表达量显著提高，说明干旱处理可以诱导
MaUCE2 的表达。该结果与前人［12，14，15］研究结果
相一致，而且本研究发现 MaUCE2 的表达量在高度
干旱胁迫下表达量最高，这可能与高度干旱胁迫下
细胞异常蛋白迅速增加有关。
Zhou 等［15］ 克 隆 了 马 铃 薯 泛 素 结 合 酶 基 因
GmUBC2，异源表达发现该基因能明显提高拟南芥的
耐盐性。在盐胁迫下该基因在拟南芥根中表达与对
照差异不明显。本研究结果显示盐胁迫后 MaUCE2
表达量略有上升，最高时是对照的 1.26 倍，然后基
本恢复到正常水平，与对照差异也不明显。
低温胁迫下，MaUCE2 表达量在温度为 15℃、
如图 3 所示，低温胁迫可以诱导 MaUCE2 的
表达，其表达量随着温度的降低而逐步升高，当温
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2013年第5期80
10℃时上升不明显，而温度低到 7℃和 5℃时该基因
表达量迅速上升，在 5℃时表达量最大，是对照的 4.08
倍。这可以与植物适宜生长温度的范围有关，有研
究表明当温度小于 8℃时香蕉苗开始受到寒害［22］，
因此当温度低于 8℃后细胞产生各种异常的或受损
的蛋白质增多，导致 MaUCE2 表达量迅速增高。
目前大多数植物的泛素结合酶蛋白功能的研究
还处于起步阶段，因此从不同植物中克隆及研究泛
素结合酶功能显得尤为重要。本研究初步验证了香
蕉泛素结合酶基因 MaUCE2 在植物抗逆过程中可能
起着重要作用，但 MaUCE2 在植物抗逆过程中具体
的功能和机制尚需深入研究。
4 结论
在盐、低温和干旱胁迫下，香蕉泛素结合酶基
因 MaUCE2 表达量发生明显变化，表明香蕉中的泛
素结合酶基因具有响应非生物胁迫能力，可能在香
蕉适应逆境中发挥重要作用。
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（责任编辑 李楠）